[发明专利]一种以金属丝为基材的硅酸根电极及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种以金属丝为基材的硅酸根电极及其制备方法。

背景技术

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

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种以金属丝为基材的硅酸根电极及其制备方法。

以金属丝为基材的硅酸根电极包括金属丝、金属硅酸盐层、全氟磺酸树脂保护膜和热缩管，在金属丝下部包覆金属硅酸盐层，金属硅酸盐层包覆全氟磺酸树脂保护膜，在金属丝中部和全氟磺酸树脂保护膜上部包覆有热缩管。

所述的金属丝（1）是Zr、Hf、Co、Ni、Pb或Zn。

以金属丝为基材的硅酸根电极的制备方法步骤如下：

1）称取1质量份偏硅酸，3至5质量份碳化硅粉末，加总质量5至8倍水，搅拌成均匀的悬浮液；

2）将金属丝剪成5至15厘米的长度，在悬浮液中超声波处理2至5分钟，除去表面氧化膜；

3）调节CHI760D电化学工作站，扫描电压上限设置为0.5至1.5V，以金属丝作为工作电极，铂电极为辅助电极，商业Ag/AgCl电极为参比电极，将作为工作电极的金属丝下部浸泡在悬浮液中扫描2至10段，在金属丝下部表面生成金属硅酸盐层；

4）生成有金属硅酸盐的金属丝先用水清洗，再用无水酒精清洗，晾干后浸入质量百分浓度为0.5%至1%的全氟磺酸树脂溶液中，取出倒置晾干后重复一次，然后在60至80°C烘箱中恒温老化12至24小时，在金属丝的金属硅酸盐层表面包覆全氟磺酸树脂保护膜；

5）将热缩管包覆在金属丝的中部和全氟磺酸树脂保护膜的上部，即得到以金属丝为基材的硅酸根电极。

所述的偏硅酸为市购的偏硅酸粉末，或者硅酸钠溶液用稀硝酸或稀盐酸中和制备的偏硅酸凝胶。

本发明提供的固体金属硅酸盐电极结构小巧，易于和其它电极集成使用，且制备方法简便。这种固体金属硅酸盐电极适用于在海洋、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。

附图说明

图1是以金属丝为基材的硅酸根电极的结构示意图。

具体实施方式

以金属丝为基材的硅酸根电极包括金属丝1、金属硅酸盐层2、全氟磺酸树脂保护膜3和热缩管4，在金属丝1下部包覆金属硅酸盐层2，金属硅酸盐层2包覆全氟磺酸树脂保护膜3，在金属丝1中部和全氟磺酸树脂保护膜3上部包覆有热缩管4。

所述的金属丝1是Zr、Hf、Co、Ni、Pb或Zn。所述的金属丝1需要包覆纳米金属和金属硅酸盐2的，仅为用作探测一端的1厘米左右的长度，其余部分用作信号传递的导体，无需包覆。

选用金属丝1作为基材，是因为它具有良好的电导率和韧性，而金属硅酸盐2具有相对较高的电导率，其电化学性质优于其它硅酸盐。本电极以金属丝1作为基材，金属硅酸盐2为敏感膜，兼顾了两种材质各自的优点。

金属丝1一方面是电极的基材，同时也是响应信号的导体。经过电化学反应形成的金属硅酸盐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金属硅酸盐2电极之间形成响应电动势，即电压型响应信号。

以金属丝为基材的硅酸根电极的制备方法步骤如下：

1）称取1质量份偏硅酸，3至5质量份碳化硅粉末，加总质量5至8倍水，搅拌成均匀的悬浮液；

偏硅酸使溶液保持酸性环境，并为后续反应提供硅酸根。建议通过化学反应从硅酸钠制备偏硅酸，如：

Na₂SiO₃ + 2HNO₃ =H₂SiO₃ + 2NaNO₃     

所得偏硅酸为凝胶状沉淀，离心，淋洗后即可使用。建议先用稀硝酸或稀盐酸，再用水清洗。和商业产品相比，自制的偏硅酸凝胶没有经历过脱水和干燥，具有更高的化学活性。称重时可以忽略偏硅酸中所含水份，因为它在水中的溶解度较低。

悬浮液中的碳化硅具有很高的硬度，起着磨料的作用，另一方面也是抗氧化剂，能抑制金属丝1表面被重新氧化。

 2）将金属丝1剪成5至15厘米的长度，在悬浮液中超声波处理2至5分钟，除去表面氧化膜；