RU2505558C1

RU2505558C1 - Electrochemical method for synthesis of metal-doped polyaniline

Info

Publication number: RU2505558C1
Application number: RU2012154854/04A
Authority: RU
Inventors: Михаил Сергеевич Солодов; Александр Сергеевич Солодов; Елена Савватьевна Соболева; Сергей Георгиевич Кошель
Priority date: 2012-12-19
Filing date: 2012-12-19
Publication date: 2014-01-27

Abstract

FIELD: chemistry.

SUBSTANCE: invention relates to an electrochemical method for synthesis of metal-doped polyaniline, which involves preparation of a solution with the following concentration of components: sulphuric acid 0.5-1.5 mol/dm³, aniline 0.1-0.4 mol/dm³, transition metal salts 0.1-1.0 mol/dm³; conducting electrolysis at temperature of 10-30°C using a working electrode and an auxiliary electrode, wherein the solution preparation step involves further addition of 0.1-0.5 mol/dm³ aminoacetic acid or 0.1-0.5 mol/dm³ disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid; the transition metal salts used are transition metal sulphates; the working electrode and auxiliary electrode used are stainless steel electrodes; electrolysis is carried out with constant current density of 1-10 mA/cm², and after the electrolysis step, the obtained metal-doped polyaniline is treated with an alkaline solution at pH 8-10.

EFFECT: electrochemical method for synthesis of metal-doped polyaniline is cheap owing to use of stainless steel electrodes, and the obtained metal-doped polyaniline has high passivating capacity.

1 dwg, 3 ex

Description

Изобретение относится к электрохимическим производствам, а именно к электрохимическим способам синтеза полианилина, легированного металлом, используемого для пассивирования металлов с целью повышения антикоррозионной защиты металлоконструкций и изделий из металла.The invention relates to electrochemical industries, in particular to electrochemical methods for the synthesis of metal-doped polyaniline used to passivate metals in order to increase the corrosion protection of metal structures and metal products.

Наиболее близким к предлагаемому является способ синтеза полианилина, легированного металлом, включающий приготовление раствора с концентрацией компонентов: серная кислота 0,5-1,5 моль/дм³, анилин 0,1-0,4 моль/дм³, хлориды переходных металлов 0,1-1,0 моль/дм³, проведение электролиза при температуре 10-30°С при постоянном потенциале 0,65-0,85 В, при этом в качестве рабочего электрода используют платиновую фольгу или проводящее стекло, а в качестве вспомогательного электрода используют платиновую фольгу (патент CN 1958852, приоритет 10.11.2006 г.).Closest to the proposed is a method for the synthesis of metal-doped polyaniline, comprising preparing a solution with a concentration of components: sulfuric acid 0.5-1.5 mol / dm ³ , aniline 0.1-0.4 mol / dm ³ , transition metal chlorides 0 , 1-1.0 mol / dm ³ , carrying out electrolysis at a temperature of 10-30 ° C at a constant potential of 0.65-0.85 V, while platinum foil or conductive glass is used as the working electrode, and as an auxiliary electrode use platinum foil (patent CN 1958852, priority 10.11.2006).

Однако полученный таким способом синтеза полианилин, легированный металлом, достаточно дорог из-за необходимости использования в синтезе в качестве электродных материалов платину, и полученный продукт обладает слабой пассивирующей способностью.However, metal-doped polyaniline obtained in this way of synthesis is quite expensive due to the need to use platinum as electrode materials, and the resulting product has a weak passivating ability.

Технической задачей изобретения является удешевление способа синтеза полианилина, легированного металлом, и получение продукта, обладающего более высокой пассивирующей способностью.An object of the invention is to reduce the cost of the synthesis of polyaniline doped with metal, and to obtain a product with a higher passivating ability.

Поставленная задача решается тем, что в электрохимическом способе синтеза полианилина, легированного металлом, включающем приготовление раствора с концентрацией компонентов: серная кислота 0,5-1,5 моль/дм³, анилин 0,1-0,4 моль/дм³, соли переходных металлов 0,1-1,0 моль/дм³, проведение электролиза при температуре 10-30°С с использованием рабочего электрода и вспомогательного электрода, на стадии приготовления раствора дополнительно вводят 0,1-0,5 моль/дм³ аминоуксусной кислоты или 0,1-0,5 моль/дм³ динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, в качестве солей переходных металлов применяют сульфаты переходных металлов, в качестве рабочего и вспомогательного электродов используют электроды из нержавеющей стали, электролиз проводят при постоянной плотности тока 1-10 мА/см², а после стадии электролиза полученный полианилин, легированный металлом, обрабатывают щелочным раствором с рН 8-10.The problem is solved in that in the electrochemical method for the synthesis of polyaniline doped with metal, including the preparation of a solution with a concentration of components: sulfuric acid 0.5-1.5 mol / dm ³ , aniline 0.1-0.4 mol / dm ³ , salts transition metals 0.1-1.0 mol / dm ³ , carrying out electrolysis at a temperature of 10-30 ° C using a working electrode and an auxiliary electrode, 0.1-0.5 mol / dm ^{3 of} aminoacetic acid is additionally introduced at the stage of solution preparation or 0.1-0.5 mol / dm ³ disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, in transition metal sulfates are used as transition metal salts, stainless steel electrodes are used as the working and auxiliary electrodes, electrolysis is carried out at a constant current density of 1-10 mA / cm ² , and after the electrolysis step, the metal-doped polyaniline is treated with an alkaline solution with pH 8-10.

В качестве щелочного раствора применяют водный раствор гидроксида натрия или гидроксида аммония.An aqueous solution of sodium hydroxide or ammonium hydroxide is used as the alkaline solution.

Компоненты: анилин, серная кислота, сульфаты переходных металлов (сульфат меди, сульфат никеля, сульфат алюминия, сульфат марганца), аминоуксусная кислота, динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты - используют чистые для анализа (ч.д.а.) или чистые (ч.).Components: aniline, sulfuric acid, transition metal sulfates (copper sulfate, nickel sulfate, aluminum sulfate, manganese sulfate), aminoacetic acid, disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid - use pure for analysis (analytical grade) or pure (analytical grade) .

Изобретение иллюстрируется следующими примерами.The invention is illustrated by the following examples.

Пример 1Example 1

Готовят раствор с концентрацией компонентов: серная кислота 1,0 моль/дм³, анилин 0,2 моль/дм³, сульфат алюминия 0,5 моль/дм³ и динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 0,4 моль/дм³, проводят электролиз при температуре 20°С с использованием рабочего электрода и вспомогательного электрода из нержавеющей стали, проводят электролиз в течение 50 минут при постоянной плотности тока 7 мА/см². Полученный полианилин, легированный металлом, обрабатывают раствором гидроксида натрия с рН 9, затем промывают дистиллированной водой и сушат, например, в сушильном шкафу при температуре 60°С.A solution is prepared with a concentration of components: sulfuric acid 1.0 mol / dm ³ , aniline 0.2 mol / dm ³ , aluminum sulfate 0.5 mol / dm ³ and disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid 0.4 mol / dm ³ , electrolysis is carried out at at a temperature of 20 ° C using a working electrode and an auxiliary electrode made of stainless steel, electrolysis is carried out for 50 minutes at a constant current density of 7 mA / cm ² . The obtained metal-doped polyaniline is treated with a sodium hydroxide solution with a pH of 9, then washed with distilled water and dried, for example, in an oven at a temperature of 60 ° C.

Пример 2Example 2

Готовят раствор с концентрацией компонентов: серная кислота 1,5 моль/дм³, анилин 0,4 моль/дм³, сульфат марганца 1,0 моль/дм³ и динатриевая соль этилендиаминтетрауксусной кислоты 0,5 моль/дм³, проводят электролиз при температуре 30°С с использованием рабочего электрода и вспомогательного электрода из нержавеющей стали, проводят электролиз в течение 30 минут при постоянной плотности тока 10 мА/см². Полученный полианилин, легированный металлом, обрабатывают раствором гидроксида натрия с рН 10, затем промывают дистиллированной водой и сушат, например, при комнатной температуре.A solution is prepared with a concentration of components: sulfuric acid 1.5 mol / dm ³ , aniline 0.4 mol / dm ³ , manganese sulfate 1.0 mol / dm ³ and disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid 0.5 mol / dm ³ , electrolysis is carried out at at a temperature of 30 ° C using a working electrode and an auxiliary electrode made of stainless steel, electrolysis is carried out for 30 minutes at a constant current density of 10 mA / cm ² . The resulting metal-doped polyaniline is treated with a sodium hydroxide solution with a pH of 10, then washed with distilled water and dried, for example, at room temperature.

Пример 3Example 3

Готовят раствор с концентрацией компонентов: серная кислота 0,5 моль/дм³, анилин 0,1 моль/дм³, сульфат никеля 0,1 моль/дм³ и аминоуксусная кислота 0,1 моль/дм³, проводят электролиз при температуре 10°С с использованием рабочего электрода и вспомогательного электрода из нержавеющей стали, проводят электролиз в течение 120 минут при постоянной плотности тока 1 мА/см². Полученный полианилин, легированный металлом, обрабатывают раствором гидроксида аммония с рН 8, затем промывают дистиллированной водой и сушат, например, в сушильном шкафу при температуре 40°С.A solution is prepared with a concentration of components: sulfuric acid 0.5 mol / dm ³ , aniline 0.1 mol / dm ³ , nickel sulfate 0.1 mol / dm ³ and aminoacetic acid 0.1 mol / dm ³ , electrolysis is carried out at a temperature of 10 ° C using a working electrode and an auxiliary electrode of stainless steel, conduct electrolysis for 120 minutes at a constant current density of 1 mA / cm ² . The obtained metal-doped polyaniline is treated with a solution of ammonium hydroxide with a pH of 8, then washed with distilled water and dried, for example, in an oven at a temperature of 40 ° C.

Проверку пассивирующей способности полученного полианилина, легированного металлом, в сравнении с прототипом осуществляют следующим образом. 1% водный раствор полианилина, легированного металлом, наносят на стальные образцы размером 2×1 см, сушат при нормальной температуре и опускают в 3% водный раствор хлорида натрия и выдерживают в течение 1 часа, после чего нанесенный полианилин, легированный металлом, удаляют с поверхности стального образца и проводят оценку скорости коррозии электрохимическим способом в 3% водном растворе хлорида натрия, исследуя анодные поляризационные кривые запассивированных полианилином, легированным металлом образцов по прототипу и по предлагаемому изобретению. Как видно из кривых (рис.1), скорость коррозии у образцов по предлагаемому изобретению в 2,5-3 раза меньше, чем у образцов по прототипу.Check passivating ability of the obtained polyaniline doped with metal, in comparison with the prototype is as follows. A 1% aqueous solution of metal-doped polyaniline is applied to 2 × 1 cm steel samples, dried at normal temperature and immersed in a 3% aqueous solution of sodium chloride and incubated for 1 hour, after which the applied metal-doped polyaniline is removed from the surface steel sample and assess the corrosion rate by the electrochemical method in a 3% aqueous solution of sodium chloride, examining the anodic polarization curves of passivated polyaniline, metal alloyed samples according to the prototype and according to the proposed invention. As can be seen from the curves (Fig. 1), the corrosion rate of the samples according to the invention is 2.5-3 times less than that of the samples of the prototype.

Таким образом, предлагаемый электрохимический способ синтеза полианилина, легированного металлом, за счет использования электродов из нержавеющей стали вместо электродов из платины является более дешевым, чем способ по прототипу, а полученный полианилин, легированный металлом, обладает более высокой пассивирующей способностью по сравнению с полианилином, легированным металлом, полученным по прототипу.Thus, the proposed electrochemical method for the synthesis of metal alloyed polyaniline by using stainless steel electrodes instead of platinum electrodes is cheaper than the prototype method, and the obtained metal alloyed polyaniline has a higher passivating ability compared to alloyed polyaniline metal obtained by the prototype.

Claims

Электрохимический способ синтеза полианилина, легированного металлом, включающий приготовление раствора с концентрацией компонентов: серная кислота 0,5-1,5 моль/дм³, анилин 0,1-0,4 моль/дм³, соли переходных металлов 0,1-1,0 моль/дм³, проведение электролиза при температуре 10-30°С с использованием рабочего электрода и вспомогательного электрода, отличающийся тем, что на стадии приготовления раствора дополнительно вводят 0,1-0,5 моль/дм³ аминоуксусной кислоты или 0,1-0,5 моль/дм³ динатриевой соли этилендиаминтетрауксусной кислоты, в качестве солей переходных металлов применяют сульфаты переходных металлов, в качестве рабочего и вспомогательного электродов используют электроды из нержавеющей стали, электролиз проводят при постоянной плотности тока 1-10 мА/см², а после стадии электролиза полученный полианилин, легированный металлом, обрабатывают щелочным раствором с рН 8-10. The electrochemical method for the synthesis of metal-doped polyaniline, including the preparation of a solution with a concentration of components: sulfuric acid 0.5-1.5 mol / dm ³ , aniline 0.1-0.4 mol / dm ³ , transition metal salts 0.1-1 , 0 mol / dm ³ , carrying out electrolysis at a temperature of 10-30 ° C using a working electrode and an auxiliary electrode, characterized in that at the stage of solution preparation an additional 0.1-0.5 mol / dm ^{3 of} aminoacetic acid or 0 is added 1-0.5 mol / dm ³ disodium salt of ethylenediaminetetraacetic acid, as salts of per sulphates of transition metals are used as transition metals, stainless steel electrodes are used as the working and auxiliary electrodes, electrolysis is carried out at a constant current density of 1-10 mA / cm ² , and after the electrolysis stage, the metal-doped polyaniline is treated with an alkaline solution with a pH of 8 10.