离子液体中电沉积钯的研究

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贵金属钯具有良好的物理化学性能而广泛应用于电子元件、汽车催化剂、装饰、投资等多个领域。地壳中钯资源含量稀少,且随着工业发展对钯的需求量逐年增加,因而从大量电子废弃物等二次资源中回收钯显得尤为重要,不仅减小环境污染同时减少对原矿开采,实现资源循环利用。离子液体是在室温或附近温度下呈液体状态的全部由离子组成的物质,具有良好的导电性和电化学稳定性,全离子结构及较宽的电化学窗口不仅可以作为溶剂还可以作为电解介质实现金属离子直接在有机相中电沉积同时减小副反应发生。从离子液体中电沉积钯可避免水溶液中电沉积钯受析氢副反应影响而降低电流效率、产品质量及性能的缺点,是一种新型、有效、环保的回收钯的方法。  在离子液体的选择过程中,首先确定以常温下黏度、熔点均较低、对环境污染小且在该领域研究较少的乙基取代的咪唑类离子液体作为研究对象,即阳离子为1-乙基-3-甲基咪唑([emim]+),通过变换阴离子种类进行相同条件下的导电性、电化学窗口测试及电沉积钯实验,以产物回收率、电流效率、纯度等性能为考察指标最终确定以1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐([emim]TA)和1-乙基-3甲基咪唑三氟甲磺酸盐([emim]OTf)为电沉积钯的电解介质。  利用循环伏安法研究Pd(Ⅱ)在两种电解体系中的电化学行为,通过对1-乙基-3-甲基咪唑三氟乙酸盐体系和1-乙基-3甲基咪唑三氟甲磺酸盐体系在不同扫描速率及不同温度下循环伏安曲线测试表明,钯离子在两种体系中的阴极还原过程均为不可逆过程,还原峰电流与扫描速率的平方根呈正比,电极反应受扩散过程控制,同时随着温度升高,体系扩散系数逐渐增大,扩散系数与温度的关系符合阿伦尼乌斯方程,理论计算[emim] OTf-PdCl2体系的扩散活化能为33.05KJ/mol:[emim]TA-PdCl2体系的扩散活化能为43.66KJ/mol。  通过单因素条件实验研究两种体系中电沉积钯的最优工艺参数,以SEM、XRD等检测手段对电沉积产物微观表面形貌、物相进行分析。结果表明[emim] OTf-PdCl2体系电沉积钯的最优参数为温度308K,阴极电流密度0.027mA/mm2,[emim]OTf与PdCl2摩尔比50,电解时间14h,得到的阴极电流效率为78.63%,钯回收率为78.22%;[emim]TA-PdCl2体系电沉积钯的最优参数为温度308K,电流密度0.032mA/mm2,[emim]TA与PdCl2摩尔比60,电解时间8h,得到的阴极电流效率为96.95%,钯回收率为82.53%,电极间距对两种体系的实验结果影响不大。
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