专利名称：一种利用离子液体低温电沉积镓的方法
技术领域：
本发明属于化学化工冶金领域，具体涉及ー种利用离子液体低温电沉积镓的方法。
背景技术：
目前，エ业电沉积生产镓存在的一些问题，如高能耗、对环境不友好、腐蚀设备，成本大、污染环境等问题。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了ー种利用离子液体低温电沉积镓的方法。为了达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是将离子液体加热到无色透明状态，然后将氯化镓溶解到离子液体中，形成氯化镓溶液；再对氯化镓溶液进行电沉积，电解槽的阴极上生成镓，阳极上放出氯气；其中，电沉积过程中，电解槽的槽电压高于氯化镓分解电压，且电解槽的槽电压低于离子液体的电化学窗ロ。所述的离子液体是通过油浴加热到无色透明状态。所述的离子液体为以下阴离子和阳离子组成的离子液体中的ー种或几种的混合物；其中，阳尚子为烧基味卩坐盐、烧基批淀盐、烧基批略盐、烧基李按盐、烧基李勝盐、氣代烧基咪唑盐、氟代烷基吡啶盐、氟代烷基吡咯盐、氟代烷基季铵盐或氟代烷基季膦盐，阴离子为 Cl' AlCl4' BF4' PF6' NO3' N (CF3SO2) 2 或 CF3SO3'所述的电解槽的阳极为金属钼或纯度大于99. 9%的高纯金属钨，阴极为固体镓片。所述的电沉积采用直流电沉积方式，阴极的电流密度控制在5 100A/m2，槽电压为1. 0 3V，阴极和阳极之间的极距为15 60mm，电解槽电沉积温度控制在25 150°C。所述的电解槽内阳极与阴极表面相互平行。所述的电解槽内至少设有ー组以阳极-阴极-阳极方式排列的电极。进ー步，所述的离子液体为氯代1-こ基-3-甲基咪唑和/或氯代1- 丁基-3甲基咪唑。本发明以以氯化镓(GaCl3)为原料，以离子液体为电解质，先将氯化镓溶解在其中，再采用直流电源进行电沉积。由于离子液体是ー种完全由离子构成的室温融盐，通常由几何结构不対称的有机阳离子和无机或有机阴离子组成。与传统溶剂相比，离子液体具有化学热稳定性高、不可燃、蒸气压低、电导率高、毒性小、电化学窗ロ宽等特性；而且，本发明的离子液体对氯化镓有良好的溶解性，将离子液体作为电解质即可在室温下即可得到在高温熔盐中才能电沉积得到的金属，但是又没有高温熔盐那样的强腐蚀性。所以，本发明电沉积镓的操作温度低、能耗少、对设备腐蚀性小，将大大降低生产成本，对环境友好。 进一歩，为了提高其电化学稳定性还可以对离子液体中的阳离子进行氟代处理。
具体实施方式
实施例1 :将氯代1-こ基-3-甲基咪唑([Emim]Cl)离子液体在60°C的恒温油浴下加热到无色透明状态，然后在磁力搅拌下将氯化镓(GaCl3)溶解到氯代1-こ基-3-甲基咪唑离子液体中，形成氯化镓溶液；再以两片平行的纯度在99. 9%以上的金属钨为阳扱，固体金属镓为阴极对氯化镓溶液进行电沉积，阳极上产生氯气，阴极上析出固体镓；其中，电解槽内阳极与阴极表面平行，阳极与阴极以阳极-阴极-阳极的方式排列；阴极的电流密度控制在80A/m2，槽电压为2. 8V，阴极和阳极之间的极距15mm，电沉积温度50°C，电沉积时间为
0.5h。实施例2:将氯代1- 丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)离子液体在60°C的恒温油浴下加热到无色透明状态，然后在磁力搅拌下将氯化镓(GaCl3)溶解到氯代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体中，形成氯化镓溶液；再以两片平行的纯度在99. 9%以上的金属钨为阳扱，固体金属镓为阴极对氯化镓溶液进行电沉积，阳极上产生氯气，阴极上析出固体镓；其中，电解槽内阳极与阴极表面平行，阳极与阴极以阳极-阴极-阳极的方式排列；阴极的电流密度控制在80A/m2，槽电压为3. 0V,阴极和阳极之间的极距14mm，电沉积温度50°C，电沉积时间为
0.5h。实施例3:将氯代1-こ基-3-甲基咪唑([Emim]Cl)离子液体在60°C的恒温油浴下加热到无色透明状态，然后在磁力搅拌下将氯化镓(GaCl3)溶解到氯代1-こ基-3-甲基咪唑离子液体中，形成氯化镓溶液；再以两片平行的金属钼为阳极，固体金属镓为阴极对氯化镓溶液进行电沉积，阳极上产生氯气，阴极上析出固体镓；其中，电解槽内阳极与阴极表面平行，阳极与阴极以阳极-阴极-阳极的方式排列；阴极的电流密度控制在5A/m2，槽电压为3. 0V,阴极和阳极之间的极距21mm，电沉积温度150°C，电沉积时间为2. 0h。实施例4:将氯代1- 丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)和氯代1-乙基_3_甲基咪唑([Emim]Cl)混合离子液体在60°C的恒温油浴下加热到无色透明状态，然后在磁力搅拌下将氯化镓(GaCl3)溶解到氯代1- 丁基-3-甲基咪唑和氯代1乙基-3-甲基咪唑([Emim]Cl)混合离子液体中，形成氯化镓溶液；再以两片平行的纯度在99. 9%以上的金属钨为阳扱，固体金属镓为阴极对氯化镓溶液进行电沉积，其中，电解槽内阳极与阴极表面平行，阳极与阴极以阳扱-阴极-阳极的方式排列；阴极的电流密度控制在32A/m2，槽电压为1. 0V，阴极和阳极之间的极距45mm，电沉积温度80°C，电沉积时间为2. 5h，阳极上产生氯气，阴极上析出固体镓。实施例5 将氯代1- 丁基-3-甲基咪唑([Bmim]Cl)离子液体在60°C的恒温油浴下加热到无色透明状态，然后在磁力搅拌下将氯化镓(GaCl3)溶解到氯代1-丁基-3-甲基咪唑离子液体中，形成氯化镓溶液；再以两片平行的纯度在99. 9%以上的金属钨为阳扱，固体金属镓为阴极对氯化镓溶液进行电沉积，阳极上产生氯气，阴极上析出固体镓；其中，电解槽内阳极与阴极表面平行，阳极与阴极以阳极-阴极-阳极-阴极-阳极的方式排列；阴极的电流密度控制在100A/m2，槽电压为1. 0V,阴极和阳极之间的极距60mm，电沉积温度25°C，电沉积时间为2.5h。
权利要求
1.一种利用离子液体低温电沉积镓的方法，其特征在于将离子液体加热到无色透明状态，然后将氯化镓溶解到离子液体中，形成氯化镓溶液；再对氯化镓溶液进行电沉积，电解槽的阴极上生成镓，阳极上放出氯气；其中，电沉积过程中，电解槽的槽电压高于氯化镓分解电压，且电解槽的槽电压低于离子液体的电化学窗口。
2.根据权利要求1所述的利用离子液体低温电沉积镓的方法，其特征在于所述的离子液体是通过油浴加热到无色透明状态。
3.根据权利要求1所述的电沉积生产金属镓的方法，其特征在于所述的离子液体为以下阴离子和阳离子组成的离子液体中的一种或几种的混合物；其中，阳离子为烷基咪唑盐、烧基批淀盐、烧基批略盐、烧基季按盐、烧基季勝盐、氣代烧基味卩坐盐、氣代烧基批淀盐、 氟代烷基吡咯盐、氟代烷基季铵盐或氟代烷基季膦盐，阴离子为Cl—、AlClp BFp PF6'NO3' N(CF3SO2)2-或 CF3SO3'
4.根据权利要求1所述的利用离子液体低温电沉积镓的方法，其特征在于所述的电解槽的阳极为金属钼或纯度大于99. 9%的高纯金属钨，阴极为固体镓片。
5.根据权利要求1所述的利用离子液体低温电沉积镓的方法，其特征在于所述的电沉积采用直流电沉积方式，阴极的电流密度控制在5 ΙΟΟΑ/m2，槽电压为1. O 3V，阴极和阳极之间的极距为15 60mm，电解槽电沉积温度控制在25 150°C。
6.根据权利要求1所述的利用离子液体低温电沉积金属镓的方法，其特征在于所述的电解槽内阳极与阴极表面相互平行。
7.根据权利要求1或6所述的利用离子液体低温电沉积金属镓的方法，其特征在于 所述的电解槽内至少设有一组以阳极-阴极-阳极方式排列的电极。
全文摘要
本发明涉及一种利用离子液体低温电沉积镓的方法，将作为电解质的离子液体加热到无色透明状态，然后将氯化镓溶解到离子液体中，再对该溶液中的氯化镓进行电沉积，电解槽的阴极上生成镓，阳极上放出氯气；其中，电沉积过程中，电解槽的槽电压高于氯化镓分解电压，且电解槽的槽电压低于离子液体的电化学窗口。本发明电沉积镓的操作温度低、能耗少、对设备腐蚀性小，将大大降低生产成本，对环境友好。
文档编号C25C1/22GK103031571SQ201210539680
公开日2013年4月10日 申请日期2012年12月13日 优先权日2012年12月13日
发明者马梅彦 申请人:彩虹集团公司