农药氟虫腈与钛白粉副产盐资源化生产电池用磷酸铁工艺

针对农药氟虫腈与钛白粉生产过程中副产盐的处置难题,提出以副产磷酸钠为磷源,以副产硫酸亚铁为铁源,制备电池级磷酸铁的工艺路线。采用连续催化氧化的方法将磷酸钠废盐中的亚硫酸钠氧化为硫酸钠,副产硫酸亚铁经过除杂后,用双氧水将硫酸亚铁氧化为硫酸铁,再与上述的磷酸钠反应得到磷酸铁。结果表明:亚硫酸钠的氧化率接近100%;副产硫酸亚铁经化学除杂和水解除杂后,杂质镁、锰、钛的质量分数分别降低至80 mg·kg^(-1)以下,杂质铝则被完全去除;除杂后的硫酸亚铁溶液经双氧水氧化后,硫酸亚铁的氧化率达到100%;制备得到的二水合磷酸铁的各项指标均满足标准HG/T 4701-2021《电池用磷酸铁》的要求。

失效锂萃取剂中Fe(Ⅲ)的回收及制备电池级磷酸铁的工艺研究

盐湖卤水萃取法提锂的工艺中,磷酸三丁酯-FeCl_(3)-煤油协萃体系在多次循环使用后萃取能力会下降甚至失效。将失效锂萃取剂中的Fe(Ⅲ)回收利用对盐湖提锂行业的持续发展具有重要意义。在高浓度盐酸体系中模拟失效锂萃取剂,以其中的Fe(Ⅲ)为铁源,NH_(4)H_(2)PO_(4)溶液为磷源,在非均相体系中制备电池级磷酸铁。研究了反应时间、氨水加入量、NH_(4)H_(2)PO_(4)溶液浓度、反应温度和搅拌速率对产品产率、粒径(D_(50))和铁磷物质的量比的影响。结果表明,在优化的工艺条件下,可制得高纯度的单斜晶系二水磷酸铁,产率为89.43%、铁磷物质的量比为0.98、D_(50)为1.81μm、比表面积为37.38 m^(2)/g、含水量为19.64%,符合电池级磷酸铁的行业标准。以自制的磷酸铁为前驱体制备的Li Fe PO_(4)/C性能良好,在0.1C倍率下的首次放电比容量为146.58 m A·h/g,首次充放电效率为94.90%,恒流充放电循环80圈后的容量保持率为91.72%。研究表明,采用NH_(4)H_(2)PO_(4)溶液反萃沉淀法可有效回收失效锂萃取剂中的Fe(Ⅲ)并制备出电池级磷酸铁。

微纳米磷酸铁锂的旋风分离及其储能性能

为了应对环境污染和气候变化、达成碳中和的目标,新能源汽车是低碳技术发展的主要方向。磷酸铁锂(LiFePO_(4))具有化学稳定性高、循环寿命长、理论比容量高(170 mAh·g^(-1))、环境友好和成本相对较低等优点,被认为是一种理想的锂离子电池正极材料。然而,纯相的LiFePO_(4)材料具有离子扩散缓慢和电子电导率低的缺点,减小粒径和包覆碳涂层是改善其缺点的有效方式。本研究通过喷雾干燥法和旋风分离方法制备了粒径分布可控且碳包覆均匀的微纳米球形磷酸铁锂材料。研究自行设计和制作了多级旋风分离装置,筛选出磷酸铁锂材料(LFP@C-X3)表现出优秀的电化学性能,在0.1C倍率下初次放电比容量为151.3 mAh·g^(-1),在0.5C倍率下100次循环后的放电比容量为132.6 mAh·g^(-1),容量保持率为97.9%。这归因于微纳米球形磷酸铁锂颗粒缩短了电子/离子的传输路径,增强了材料的导电性,有效提高了材料的电化学性能。研究结果表明,旋风分离方法可以有效控制磷酸铁锂颗粒的粒径大小和粒径分布,以此增强磷酸铁锂材料的电化学性能,具备一定的应用价值。

离子液体热合成法制备钒酸铁及其电化学性能

以离子液体1-丁基-3-甲基咪唑酸溴盐([Bmim]Br)为反应溶剂,采用离子液体热合成法制备了钒酸铁前驱体,通过煅烧和后处理成功地合成了粒径均一、排布密集的FeVO_(4)纳米颗粒。采用SEM、XRD、XPS、TEM、N_(2)吸附-脱附对材料的结构和形貌进行了表征。以FeVO_(4)纳米颗粒为负极材料构建了锂离子电池,采用恒流充电放电测试、循环伏安法(CV)和电化学阻抗对电池进行了电化学性能评价。结果表明,Fe VO_(4)电极作为锂离子电池负极材料在高电流密度下表现出优异的循环性能和电化学性能,其在300 mA/g电流密度下的初始放电比容量为1471.58 mA·h/g,在300 mA/g下循环100次后,仍获得783.00 mA·h/g的高比容量,其优异的电化学性能可能归因于电极材料的纳米级尺寸。

湿法磁选对粉煤灰中铁和重金属元素的分布影响研究

对煤粉锅炉粉煤灰(FA1灰)和循环流化床锅炉粉煤灰(FA2灰)采用湿法磁选的工艺达到降低其重金属含量的目的。利用扫描电子显微镜、激光粒度仪和X射线衍射仪表征两种粉煤灰在不同磁感应强度和不同磁选溶液浓度条件下磁选前后高磁性和弱磁性部分的形貌、粒度分布和物相分析,同时测定其铁元素和5种重金属元素(Hg、Pb、As、Cr、Cd)的含量变化,发现磁选后两种粉煤灰铁回收率随着磁感应强度增强而逐渐增加,高磁性组中重金属元素含量与弱磁性组有明显差异。结果表明:在磁感应强度为8000 Gs和磁选溶液浓度为20%(质量分数)时,FA1的铁回收率为71.2%,FA2的铁回收率为47.0%。此时FA1磁选后Pb含量差值为0.2 mg/kg、Cr含量差值为9.2 mg/kg、As含量差值为1.1 mg/kg;FA2磁选后Pb含量差值为18.1 mg/kg、Cr含量差值为25.0 mg/kg、As含量差值为9.1 mg/kg。

Fe_(3)N磁性纳米粒子的制备及其应用研究进展

Fe_(3)N作为一种磁性纳米粒子,同时具有纳米粒子和磁性物质的特殊性质,由于其优异的机械强度、耐腐蚀抗氧化能力等特点,近年来广泛应用于磁流体、电极材料和催化等领域。本文论述了Fe_(3)N磁性纳米材料的结构,在对Fe_(3)N的制备方法进行综述的基础上,详细介绍了物理和化学两种制备方法,并总结了Fe_(3)N磁性纳米材料在各领域中的应用,同时对Fe_(3)N磁性纳米材料未来研究应用进行了展望。

铁磷共沉淀去除水中磷酸根的效果及机制

【目的】探究环境条件改变对铁盐除磷的影响及潜在机理,为污水除磷方法的开发和应用提供理论基础。【方法】利用宏观除磷试验探明不同pH、铁磷摩尔比对水体磷酸根去除的影响;结合X-射线衍射(XRD)及热力学模型,探究化学沉淀和吸附过程中磷的去除机制。【结果】随着pH升高,磷去除率先上升后下降;随铁磷摩尔比升高,磷的去除率呈现上升趋势;当反应条件为pH=5、铁磷摩尔比3∶1时,磷的去除率最高,为89.42%。XRD和热力学模型结果表明,磷主要通过形成铁-磷沉淀,如FePO4,或被铁氧化物吸附,达到从水体中去除的目的。【结论】在铁盐除磷的过程中,共沉淀和吸附两种机制并存。pH对这两种机制均有影响,而铁磷摩尔比则主要通过调控磷的吸附过程来改变磷的去除效率。

磷酸铁工业废水处理工艺研究进展

近年来锂离子电池正极材料磷酸铁锂广受关注,带动其前驱体磷酸铁相关研究及生产呈现爆发式增长。然而,主流工艺生产磷酸铁的过程中会产生大量废水,制约了磷酸铁行业绿色、健康发展。目前,已报道的磷酸铁工业废水处理方法有沉淀法、硫酸铵镁结晶法、微生物分解法、膜分离法等,但是沉淀法污泥难处理、难回收,磷酸铵镁法需额外加入药剂以满足沉淀配比,微生物法稳定性及灵活性较差,膜分离法需配合其他处理技术对膜进水预处理并对膜浓水处理回用,因此工业化应用中常将多种技术结合,形成综合处理方法,可对磷酸铁废水达到较好的处理效果。最后,从废水高效预处理及有价元素回收再利用方面入手,对未来磷酸铁行业的废水处理技术进行了展望。

电池级磷酸铁的合成工艺优化及其性能研究

文章以硫酸亚铁溶液和磷酸一铵、磷酸的混合溶液为原料,采用一步法制取磷酸铁。通过条件实验,获得最优实验条件:反应陈化温度90℃、pH值=2.00、反应时间为4 h。在上述最优条件下制备出的磷酸铁产品纯度较高、品质好,达到了电池级产品标准。

改性酵母载硫化纳米铁对水中六价铬的去除性能

采用液相还原法,以废弃烟叶提取物为还原剂,将吸附在酵母菌上的Fe(Ⅱ)原位还原后,再以硫化钠为硫化剂进行硫化,绿色合成了改性酵母载硫化纳米铁(S-nZⅥ/SC_(M)),并探究其去除水中Cr(Ⅵ)的性能。结果表明:S-nZⅥ/SC_(M)主要通过将Cr(Ⅵ)还原为Cr(Ⅲ),并与Fe(Ⅲ)共沉淀来去除Cr(Ⅵ)。Cr(Ⅵ)的去除率随S-nZⅥ/SCM用量的增加而增大,随溶液pH值的升高和Cr(Ⅵ)初始浓度的增加而降低,而反应温度的影响较小。2.5 g/L S-nZⅥ/SCM对100 mg/L Cr(Ⅵ)的去除率为(93.8±0.4)%。1 mmol/L Fe^(3+)、Mg^(2+)、Ca^(2+)和SO_(4)^(2-)共存能促进Cr(Ⅵ)还原,1 mmol/L HPO_(4)^(2-)和HCO_(3)^(-)共存对Cr(Ⅵ)还原的抑制作用小于5%,而1 mmol/L K^(+)、NO_(3)^(-)和Cl^(-)共存对Cr(Ⅵ)还原去除的影响不明显。S-nZⅥ/SC_(M)可用作原位有效去除水中Cr(Ⅵ)的修复剂,为低成本、绿色纳米零价铁改性材料的开发应用提供了依据。

铌酸锂晶体铁电畴调控及器件应用研究进展

铌酸锂是一种多功能晶体,具有压电、铁电、热释电、电光、声光、光弹、非线性等物理性质。随着铌酸锂铁电畴工程的不断进步和铌酸锂单晶薄膜技术的发展,铌酸锂的诸多优异性能已被开发出来,广泛应用于光波导、电光调制器、非线性光学、量子器件等领域,未来在光子学方面的广泛应用可能形成“铌酸锂谷”时代。着重介绍了铌酸锂的畴反转方法、生长机制、畴结构表征手段、铁电畴工程的应用,以及铌酸锂薄膜器件如光波导、电光器件、量子器件的最新研究进展。伴随着铌酸锂从“体块”走向“薄膜”,结合微加工技术使铌酸锂的应用领域从独立器件向小型多器件集成芯片转变,铌酸锂铁电畴工程在构建小型全集成芯片过程中将具有更重要的作用。

电池级磷酸铁中合成参数的影响

以工业级磷酸一铵和七水硫酸亚铁,通过液相沉淀法合成了电池级磷酸铁,并研究了投料磷铁比、FeSO_(4)浓度、搅拌速度和煅烧时间对产品的影响。采用等离子体发射光谱仪、激光粒度分析仪、比表面积与孔径分析仪、扫描电镜等对产品的P含量、Fe含量、P/Fe、比表面积、粒径和形貌进行了表征。得到了电池级磷酸铁的最佳合成参数:投料磷铁比为1.15:1,FeSO_(4)浓度为200 g/L,搅拌速度为120 r/min,煅烧时间为4 h。在上述条件下制备的磷酸铁满足行业标准,可作为制备锂离子电池正极材料磷酸铁锂的前驱体。

以硝酸铁为原料水热合成电池级磷酸铁的研究

作为合成锂离子电池正极材料磷酸铁锂的一种重要前驱体,电池级磷酸铁的品质受到诸多限制。本研究以硝酸铁为原料,磷酸二氢铵为沉淀剂,通过水热反应与脱水热处理相结合的合成路线,省去氧化过程的同时,引入的杂质离子易分解除去,从而提高了产品纯度。在磷酸浓度为3.0mol·L^(-1)、磷酸二氢铵浓度为0.6 mol·L^(-1)、反应温度80℃、反应时间4h的条件下,合成了D_(50)值为6.243μm的无水磷酸铁颗粒,产率可稳定控制在95%以上。产品的铁磷比为0.970,其中铁含量的平均值为36.20wt.%,磷含量的平均值为20.69wt.%,其他金属杂质的含量均很低,达到了电池级磷酸铁的要求。本方法具有产物纯度高、工艺路线短等优点,对于电池级磷酸铁的工业化生产有一定的参考价值。

铁钼改性生物炭活化过硫酸降解N-甲基吡咯烷酮的研究

采用水热煅烧法制备了负载Mo_(2)C和Fe^(0)的生物炭材料作为过二硫酸盐(PDS)的活化剂降解N-甲基吡咯烷酮(NMP)。采用SEM、XRD和FTIR等手段对其进行表征。考察了催化剂投加量、过硫酸盐浓度、初始pH等条件对Fe^(0)-Mo_(2)C-BC活化过硫酸盐体系降解NMP的影响。在NMP浓度为100 mg/L、Fe^(0)-Mo_(2)C-BC用量为0.4 g/L,PDS浓度1 g/L,反应温度为25℃时,40 min后NMP的去除率达99%。Fe^(0)-Mo_(2)C-BC/PDS体系在较宽的pH值范围内(3~9)保持高催化活性,其降解能力受共存阴离子(Cl^(-)、SO_(4)^(2-)、NO_(3)^(-))影响较小。猝灭实验发现羟基自由基(·OH)在反应中起主要作用,硫酸根自由基(·SO_(4)^(-))和单线态氧(^(1)O_(2))发挥次要作用。

无水草酸辅助硝酸铁热分解制备高饱和磁化强度γ-Fe_(2)O_(3)纳米粒子

采用硝酸铁和无水草酸为原料,通过简便的一步固相法焙烧制备γ-Fe_(2)O_(3)纳米粒子。采用XRD、SEM-EDS、N_(2)-吸附/脱附和VSM等表征手段分析了样品的结构、形态和磁性能。研究表明,在Fe(NO_(3))_(3)·9H_(2)O中添加C_(2)H_(2)O_(4),可以制备出饱和磁化强度为76.3 emu/g的棒状γ-Fe_(2)O_(3)。

Fe^(0)/C诱导铜盐还原耦合化学沉淀法脱除废水硫氰酸盐

焦化废水是一类伴随焦炭生产而形成的有机-无机组分共存、环境危害大的工业废水,其高含量的硫氰酸盐将毒害微生物、抑制生物活性,影响废水生化系统的稳定性,研究硫氰酸盐的资源化利用具有重要意义。采用等体积浸渍结合碳热还原法制备系列生物炭负载零价铁材料(Fe^(0)/C),用X射线衍射和氮气吸-脱附技术进行物性结构表征;模拟焦化废水,利用零价铁还原铜盐耦合硫氰酸亚铜合成反应,实现硫氰酸根回收利用。表征结果表明:Fe^(0)/C是无定形碳负载零价铁材料,比表面积较小(小于1 m^(2)/g)。实验结果显示,在模拟废水硫氰酸盐质量浓度为2.50 g/L、铜盐浓度为0.03 mol/L、pH为5.5、温度为40℃条件下反应10 min,3Fe^(0)/C(铁质量分数为3%)对硫氰酸盐脱除率达到99%,实现了模拟焦化废水中硫氰酸盐的高效脱除,获得了附加值较高的硫氰酸亚铜产品,丰富了焦化废水物化-生化处理技术理论。

Oxidation behavior of FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)particles in the air:Nonisothermal kinetic and reaction mechanism

High-temperature oxidation behavior of ferrovanadium(FeV_(2)O_(4))and ferrochrome(FeCr_(2)O_(4))spinels is crucial for the application of spinel as an energy material,as well as for the clean usage of high-chromium vanadium slag.Herein,the nonisothermal oxidation behavior of FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)prepared by high-temperature solid-state reaction was examined by thermogravimetry and X-ray diffraction(XRD)at heating rates of 5,10,and 15 K/min.The apparent activation energy was determined by the Kissinger-Akahira-Sunose(KAS)method,whereas the mechanism function was elucidated by the Malek method.Moreover,in-situ XRD was conducted to deduce the phase transformation of the oxidation mechanism for FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4).The results reveal a gradual increase in the overall apparent activation energies for FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)during oxidation.Four stages of the oxidation process are observed based on the oxidation conversion rate of each compound.The oxidation mechanisms of FeV_(2)O_(4)and FeCr_(2)O_(4)are complex and have distinct mechanisms.In particular,the chemical reaction controls the entire oxidation process for FeV_(2)O_(4),whereas that for FeCr_(2)O_(4)transitions from a three-dimensional diffusion model to a chemical reaction model.According to the in-situ XRD results,numerous intermediate products are observed during the oxidation process of both compounds,eventually resulting in the final products FeVO_(4)and V2O_(5)for FeV_(2)O_(4)and Fe_(2)O_(3)and Cr_(2)O_(3)for FeCr_(2)O_(4),respectively.

碳包覆棒状纳米氧化铁非等温还原动力学

纳米氧化铁作为一种兼具优良光学属性、磁响应特性等多种功能优势的纳米材料,结合碳包覆工艺,极大地促进了新功能材料的开发与应用。为确定碳包覆棒状纳米氧化铁还原过程中的动力学参数,试验通过水热炭化法制备碳包覆棒状纳米氧化铁,在氮气气氛条件下,对样品的失重曲线分析,结合FWO法与CR法进行交叉验证。结果显示:碳包覆棒状纳米氧化铁反应活化能约为102.06 kJ/mol,反应机理为三级化学反应模型。

电池级无水磷酸铁生产工艺研究

现阶段,在电池级无水磷酸铁生产工艺中包含一个完整、全面的循环周期。首先,工程师需要对原材料进行准备,之后需要完成对溶液的制备,并且对晶体生长进行管控,对晶体进行初步处理,紧接着再通过粉体制备、烧结处理、粉体处理、产品检测等多元化举措,完成对电池级无水磷酸铁的生产。整个工艺程序较为复杂,涉及较多指标,工程师需要制定精细化的生产程序,同时要求每一位技术人员严格参照工艺指标来开展生产活动,从而提高生产水平和效率。文章研究了电池级无水磷酸铁的生产工艺,通过优化反应条件、原料选择及生产流程控制,实现了高质量无水磷酸铁的制备,满足锂离子电池正极材料的需求,提高了产品的电化学性能和市场竞争力。

超低成本电池阴极材料研发成功

据报道,美国佐治亚理工学院领导的多机构团队开发出一种革命性低成本阴极材料——氯化铁,其成本仅为典型阴极材料的1%~2%,但可储存相同数量的电量。该项成果将极大地改善电动汽车市场和整个锂离子电池市场。电动汽车等大规模能源用户对锂离子电池的成本尤其敏感。目前,电池约占电动汽车总成本的50%,这使得清洁能源汽车比许多内燃机汽车更昂贵。在电池结构中,阴极材料会影响容量、能量和效率,在电池的性能、寿命和价格承受能力方面发挥着重要的作用。