一种以银为基材的硅酸铅固体电极及其制备方法
【专利摘要】本发明公开了一种以银为基材的硅酸铅固体电极及其制备方法。它包括银丝、硅酸铅、热缩管；银丝下部表面原位电镀包覆一层硅酸铅，在银丝中部和包覆硅酸铅上部包覆一层热缩管。本发明具有机械强度高，韧性大，灵敏度高，体积小，探测响应快，检测下限极低，使用寿命长等优点，它和固体参比电极配套使用，适用于对海水、内陆水体、养殖用水、地下水和泉水，以及化学、化工水介质中的硅酸根离子含量进行在线探测和长期原位监测。
【专利说明】—种以银为基材的硅酸铅固体电极及其制备方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种以银为基材的硅酸铅固体电极及其制备方法。
【背景技术】
[0002]硅酸根是地下水、地表淡水、海水、盐湖水等天然水体中的重要溶解组分，也是水环境中重要的限制性营养组份，溶解硅酸根的分布，对于认识海洋、湖泊、江河等水生态环境，微生态环境具有重要意义。
【发明内容】
[0003]本发明的目的是提供一种以银为基材的硅酸铅固体电极及其制备方法。
[0004]本发明的目的是通过以下技术方案来实现的:
以银为基材的硅酸铅固体电极包括银丝、硅酸铅、热缩管；银丝下部表面原位电镀包覆一层硅酸铅，在银丝中部和包覆硅酸铅上部包覆一层热缩管。
[0005]以银为基材的硅酸铅固体电极的制备方法步骤如下:
1)将直径为0.5至I毫米，长度为5至15厘米的银丝依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去离子水清洗后干燥；
2)将碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸氢钾溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶
液；
3)以银丝为工作电极，即阳极，石墨为固体参比电极，Pt片为辅助电极，即阴极，接在电化学工作站上，将上述三支电极浸入溶液中，采用循环扫描电位法，扫描速率为30至SOmVs-1,电位范围O至0.5V，扫描I至5个循环，在银丝表面形成碳酸银沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
4)将醋酸铅溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液；
5)将包覆有碳酸银的银丝浸入该溶液6至14小时，使银丝表面的碳酸银与溶液中的铅离子反应，形成碳酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
6)将硅酸钠或偏硅酸钠溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液；
7)将包覆有碳酸铅的银丝浸入该溶液6至14小时，使银丝表面的碳酸铅与溶液中的硅酸根离子反应，形成硅酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
8)将热缩管包覆在银丝中上部没有包覆硅酸铅的部分，即得到固体硅酸铅电极。
[0006]所述的稀酸是浓度为5%至15%的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或数种。
[0007]本发明提供的固体硅酸铅电极结构小巧，易于和其它电极集成使用，且制备方法简便。这种固体硅酸铅电极适用于在海洋、湖泊、海流等天然水域中探测硅酸根离子的浓度，对水环境变化进行长期在线监测，也适用于工业企业的排放和生产过程进行在线观测。
[0008]【专利附图】
【附图说明】:
图1是基于银/硅酸铅固体参比电极的结构示意图；
图中:银丝1、硅酸铅2、热缩管3。【具体实施方式】
[0009]以银为基材的硅酸铅固体电极包括银丝1、硅酸铅2、热缩管3 ;银丝I下部表面原位电镀包覆一层硅酸铅2，在银丝I中部和包覆硅酸铅2上部包覆一层热缩管3。
[0010]所述的银丝I需要包覆硅酸铅2的，仅为用作探测一端的I厘米左右的长度，其余部分用作信号传递的导体，无需包覆。
[0011]选用银丝I作为基材，是因为它具有良好的电导率和韧性，而娃酸铅2具有相对较高的电导率，其电化学性质优于其它硅酸盐。本电极以银丝I作为基材，硅酸铅2为敏感膜，兼顾了两种材质各自的优点。
[0012]银丝I 一方面是电极的基材，同时也是响应信号的导体。包覆在银丝I上的硅酸铅2起着硅酸根离子敏感膜的作用，水体中溶解的硅酸根离子会在参比电极和固体硅酸铅电极之间形成响应电动势，即电压型响应信号。
[0013]以银为基材的硅酸铅固体电极的制备方法步骤如下:
I)将直径为0.5至I毫米，长度为5至15厘米的银丝I依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去离子水清洗后干燥。
[0014]所述的稀酸是浓度为5%至15%的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或数种。
[0015]去除油污也可以使用其它有机溶剂，如汽油。金属表面有致密坚硬的氧化膜，稀酸处理后氧化膜被溶解。当银丝I在稀酸中出现起泡时，表明氧化膜已被溶解，应尽快从稀酸中取出并进入下道工序，以免表面被重新氧化。
[0016]2)将碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸氢钾溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液。
[0017]推荐使用碳酸氢钠。避免使用碳酸钠和碳酸钾是为了降低溶液的pH值，从而抑制在银丝表面形成氢氧化银。
[0018]3)以银丝I为工作电极，石墨为固体参比电极，Pt片为辅助电极，接在电化学工作站上，将上述三支电极浸入溶液中，采用循环扫描电位法，扫描速率为30至SOmVs—1，电位范围O至0.5V，扫描I至5个循环，在银丝I表面形成碳酸银沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
碳酸银不稳定，见光易分解，建议在暗室或遮光条件下操作；同时建议在电化学反应前将溶液冷却至O至4° C。
[0019]4)将醋酸铅溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液；
5)将包覆有碳酸银的银丝I浸入该溶液6至14小时，使银丝I表面的碳酸银与溶液中的铅离子反应，形成碳酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
这一步骤仍需在暗室或遮光条件下操作；同时建议将溶液冷却至O至4° C，并在此温度下浸泡。
[0020]该反应的性质属于置换反应，即溶液中的铅离子进入固相，碳酸银中的银离子进入溶液，反应结果是碳酸银被碳酸铅取代。
[0021]6)将硅酸钠或偏硅酸钠溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液；
硅酸钠的分子式为Na2SiO3，偏硅酸钠的分子式为Na4SiO4，它是硅酸钠与烧碱在水热条
件下反应的产物:Na2 S i 03+2Na0H=Na4Si 04+H20
7)将包覆有碳酸铅的银丝I浸入该溶液6至14小时，使银丝I表面的碳酸铅与溶液中的硅酸根或偏硅酸根离子反应，形成硅酸铅2沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干;
该反应的性质也属于置换反应，即溶液中的硅酸根或偏硅酸根离子进入固相，碳酸铅中的碳酸根离子进入溶液，反应结果是碳酸铅被硅酸铅取代。
[0022]Na2Si03+PbC03=PbSi03 + Na2CO3
Na4SiO4+ PbC03+H20= PbSi03+Na2C03+2Na0H
无论使用硅酸钠还是偏硅酸钠，碳酸铅均被硅酸铅取代。包覆在银丝外的硅酸铅2起着离子敏感膜作用，作为一种难溶化合物，它对水介质中溶解硅酸根浓度反应敏感，且硅酸铅的电导率相对较高，能使响应信号传导给银丝。
[0023]8)将热缩管3包覆在银丝I中上部没有包覆硅酸铅2的部分，即得到固体硅酸铅电极。
[0024]热缩管3仅包覆没有硅酸铅2的部分，起绝缘保护作用。
[0025]实施例1:
1)将直径为0.5毫米，长度为10厘米的银丝I依次在丙酮和稀盐酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去离子水清洗后干燥；
2)将碳酸氢钠溶解于水中，配制成浓度为0.2摩尔的溶液；
3)以银丝I为工作电极，石 墨为固体参比电极，Pt片为辅助电极，接在电化学工作站上，将上述三支电极浸入碳酸氢钠溶液中，米用循环扫描电位法，扫描速率为30VS—1,电位范围O至0.5V，扫描I个循环，在银丝I表面形成碳酸银沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
4)将醋酸铅溶解于水中，配制成浓度为0.2摩尔的溶液；
5)将包覆有碳酸银的银丝浸入该溶液6小时，使银丝I表面的碳酸银与溶液中的铅离子反应，形成碳酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
6)将硅酸钠溶解于水中，配制成浓度为0.2摩尔的溶液；
7)将包覆有碳酸铅的银丝浸入该溶液6小时，使银丝表面的碳酸铅与溶液中的偏硅酸根离子反应，形成硅酸铅2沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
8)将热缩管3包覆在银丝I中上部没有包覆硅酸铅2的部分，即得到固体硅酸铅电极。
[0026]实施例2:
1)将直径为I毫米，长度为5厘米的银丝I依次在丙酮和稀硫酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去离子水清洗后干燥；
2)将碳酸氢钾溶解于水中，配制成浓度为0.1摩尔的溶液；
3)以银丝I为工作电极，石墨为固体参比电极，Pt片为辅助电极，接在电化学工作站上，将上述三支电极浸入碳酸氢钠溶液中，米用循环扫描电位法，扫描速率为SOVs—1,电位范围O至0.5V，扫描5个循环，在银丝I表面形成碳酸银沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
4)将醋酸铅溶解于水中，配制成浓度为0.1摩尔的溶液；
5)将包覆有碳酸银的银丝I浸入该溶液14小时，使银丝I表面的碳酸银与溶液中的铅离子反应，形成碳酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
6)将硅酸钠溶解于水中，配制成浓度为0.1摩尔的溶液；
7)将包覆有碳酸铅的银丝浸入该溶液14小时，使银丝I表面的碳酸铅与溶液中的硅酸根离子反应，形成硅酸铅2沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
8)将热缩管3包覆在银丝I中上部没有包覆硅酸铅2的部分，即得到固体硅酸铅电极。
[0027]实施例3:
1)将直径为0.8毫米，长度为10厘米的银丝I依次在丙酮和稀硫酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去离子水清洗后干燥；
2)将碳酸氢铵溶解于水中，配制成浓度为0.2摩尔的溶液；
3)以银丝I为工作电极，石墨为固体参比电极，Pt片为辅助电极，接在电化学工作站上，将上述三支电极浸入碳酸氢钠溶液中，米用循环扫描电位法，扫描速率为60Vs4,电位范围O至0.5V，扫描2个循环，在银丝I表面形成碳酸银沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
4)将醋酸铅溶解于水中，配制成浓度为0.2摩尔的溶液；
5)将包覆有碳酸银的银丝浸入该溶液10小时，使银丝I表面的碳酸银与溶液中的铅离子反应，形成碳酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
6)将硅酸钠溶解于水中，配制成浓度为0.2摩尔的溶液；
7)将包覆有碳酸铅的银丝I浸入该溶液10小时，使银丝I表面的碳酸铅与溶液中的硅酸根离子反应，形成硅酸铅2沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干；
8)将热缩管3包覆在银丝I中上部没有包覆硅酸铅2的部分，即得到固体硅酸铅电极。
【权利要求】
1.一种以银为基材的硅酸铅固体电极，其特征在于它包括银丝(I)、硅酸铅(2)、热缩管(3);银丝(I)下部表面原位电镀包覆一层硅酸铅(2)，在银丝(I)中部和包覆硅酸铅(2)上部包覆一层热缩管(3)。
2.根据权利要求1所述的一种以银为基材的硅酸铅固体电极，其特征在于，它的制备步骤如下: 1)将直径为0.5至I毫米，长度为5至15厘米的银丝(I)依次在丙酮和稀酸中清洗，以除去表面油污和氧化膜，再用去离子水清洗后干燥； 2)将碳酸氢铵、碳酸氢钠或碳酸氢钾溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液； 3)以银丝(I)为工作电极，即阳极，石墨为固体参比电极，Pt片为辅助电极，即阴极，接在电化学工作站上，将上述三支电极浸入溶液中，采用循环扫描电位法，扫描速率为30至SOmVs-1,电位范围O至0.5V，扫描I至5个循环，在银丝(I)表面形成碳酸银沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干； 4)将醋酸铅溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液； 5)将包覆有碳酸银的银丝(I)浸入该溶液6至14小时，使银丝(I)表面的碳酸银与溶液中的铅离子反应，形成碳酸铅沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干； 6)将硅酸钠或偏硅酸钠溶解于水中，配制成浓度为0.1至0.2摩尔的溶液； 7)将包覆有碳酸铅的银丝(I)浸入该溶液6至14小时，使银丝表面的碳酸铅与溶液中的硅酸根或偏硅酸根离子反应，形成硅酸铅(2)沉淀；反应完成后用水清洗，然后用纸巾吸干; 8)将热缩管包覆在银丝(I)中上部没有包覆硅酸铅(2)的部分，即得到固体硅酸铅电极。
3.根据权利要求2所述的一种以银为基材的硅酸铅固体电极的制备方法，其特征在于，所述的稀酸是浓度为5%至15%的盐酸、硫酸、硝酸中的一种或数种。
【文档编号】G01N27/30GK103472106SQ201310410960
【公开日】2013年12月25日 申请日期:2013年9月11日 优先权日:2013年3月28日
【发明者】叶瑛, 贾健君, 黄元凤, 殷天雅, 阎康康, 秦华伟, 张斌, 潘依雯, 陈雪刚, 夏枚生 申请人:浙江大学