金属锂电池负极界面氮化硼修饰膜的研究

金属锂负极由于具有超高的比容量(3 860 mA·h/g)与超低的还原电位(-3.04 V),其应用能够大幅提升现有锂离子电池的能量密度。然而,金属锂与电解液持续不断的副反应可导致电池的严重极化、非活性锂的增加及电池容量的迅速衰减。为了提升金属锂电池的循环性能,采用氮化硼薄膜作为金属锂表面的人工固体电解质膜(SEI膜)抑制其与电解液之间的副反应,以实现金属锂电池的长循环。采用简单易操作的喷涂沉积法,可将氮化硼薄膜均匀地沉积于金属锂表面,并通过电化学阻抗谱探索了最佳沉积次数。氮化硼SEI膜具有离子导通且电子绝缘的特性,成功地抑制了界面副反应与电池的极化增加。相比未经修饰的金属锂,经氮化硼修饰后,电池负极单位面积阻抗由4.6Ω/cm^(2)降低至1.2Ω/cm^(2)。所组装的锰酸锂/金属锂电池首圈库伦效率由89.2%提升至96.6%;1C条件下循环300次后,容量保持率由86.3%提升至94.6%。

偏硼酸镁在氯化锂水溶液中水解的硼物种转化与分布规律

盐湖卤水含有氯化锂和硼酸盐,而硼又是盐湖提锂过程的主要干扰因素之一。为确定硼在卤水中的存在形态和分布特征,重点对硼物种在氯化锂水溶液中的分布规律开展研究。通过研究偏硼酸镁在氯化锂浓度从零到饱和的系列水溶液中水解的硼物种固液相特征,获得了液相硼物种分布和浓度状态及其随氯化锂浓度的变化规律。结果表明偏硼酸镁在水中的水解固相为多水硼镁石;在低浓度氯化锂溶液中的水解产物为章氏硼镁石和柱硼镁石,但不生成多水硼镁石;在高浓氯化锂水溶液中,只有柱硼镁石生成;虽然偏硼酸镁与水解固相共存,但它不是稳定固相,不能与液相处于固液平衡态。液相硼物种分布不仅与p H相关,还与氯化锂浓度有关,氯化锂浓度较低时B_(3)O_(3)(OH)_(4)^(-)占据液相总硼的55%以上,随着氯化锂浓度的增加,B_(3)O_(3)(OH)_(4)^(-)的分布值减小,而B_(5)O_(6)(OH)_(4)^(-)显著增加。在氯化锂全浓度范围,B(OH)_(4)^(-)和B_(3)O_(3)(OH)_(4)^(-)始终是浓度最高的硼物种。B_(3)O_(3)(OH)_(5)^(2-)、B_(4)O_(5)(OH)_(4)^(2-)、B(OH)_(4)^(-)分别是多水硼镁石、章氏硼镁石、柱硼镁石的阴离子构型,其浓度与固相溶解度有关,而没有对应固相生成的B_(3)O_(3)(OH)_(4)^(-)和B_(5)O_(6)(OH)_(4)^(-)在溶液中能维持较高的浓度。这些结果和大量的物种转化数据,对认知卤水硼的特性和量化表达硼在卤水中的分布提供了重要依据。

硼同位素分离研究

高丰度的^(10)B同位素可以广泛地应用于核电及辐射防护等领域,具有稳定的市场需求,采用气体动力学法进行高丰度同位素生产具有一定优势。因此,为实现硼同位素的制备展开研究,首先通过对比三氟化硼,三氯化硼及三溴化硼3种工作介质的优劣,确定使用最容易分离且最具经济价值的三氟化硼作为工作介质。为解决原有专用设备分离三氟化硼时供料流量低、分离能力差的问题,通过克努森设计法及相关的试验经验对原有专用设备的内部结构参数进行改进,设计出两种适合三氟化硼分离的新方案。通过单机试验装置进行试验并取样分析,试验结果表明方案a具有更低的上部结构温度及单机功耗,而方案b具有更好的分离能力。且两种方案都达到了提高三氟化硼单机供料流量及设备性能的研究目标。

超细硼粉的氟化锂包覆

以L iOH、HF为主要原料,采用中和沉淀法对超细硼粉进行了表面包覆。研究了L iOH的浓度对包覆效果的影响。透射电镜、X-光电子能谱、酸度计、黏度计用于包覆效果分析。结果表明,硼粉颗粒表面包覆了均匀且致密的L iF薄膜,薄膜厚度25 nm。酸度及黏度测试结果表明,经L iF包覆后硼粉悬浊液体系的pH值明显增大,并有效地降低了HTPB体系的黏度。含包覆硼推进剂的点火延迟时间及燃烧残渣分析表明,含包覆硼粉的推进剂点火延迟时间明显缩短,由70.475 s减为23.585 s;包覆后推进剂中硼的燃烧效率明显提高,推进剂燃烧残渣中硼与B2O3的摩尔比由包覆前的37.5∶1变为包覆后的3.1∶1。

碳化硼粉末制备方法的研究进展

碳化硼是一种非常重要的非金属材料,具有优良的力学、热学及电学性能,在军事、微电子学、核物理、空间技术等高科技领域具有广阔的应用前景。碳化硼陶瓷粉末的制备方法有碳热还原法、自蔓延高温合成法、元素直接合成法、化学气相沉积法和机械合金化法等。综述了这些方法的特点和研究进展,指出了制备碳化硼粉末的主要发展方向。

低硼富含有机质的河/雨水正热电离硼同位素的测定

对低硼富含有机质的河/雨水样品硼的分离方法及硼同位素组成的测定进行了研究。采用硼特效树脂富集河/雨水样品,结合微升华技术去除有机质;采用正热离子质谱法进行硼同位素组成的测定。全流程回收率在97.50%~101.17%之间,测试数据和多接受电感耦合等离子体质谱比较接近,测试精度小于0.05‰。经本方法处理后的样品能满足同位素质谱测定的需要,样品用量少,测试精密度高,准确性好。

纯B_4C和掺碳B_4C的烧结机制

研究了中位粒径为 0 .42 μm的纯B4C和掺碳B4C粉末的烧结致密化过程 .根据烧结温度和保温时间对线收缩率的影响 ,得出了它们的烧结动力学方程 ;由特征指数n值对比研究了它们的烧结致密化机制 .纯B4C的烧结致密化机制为体扩散和晶界扩散 ,而掺碳B4C的烧结机制主要为晶界扩散 ,因此 ,掺碳对B4C起到了活化烧结的作用 .在 2 160℃烧结 45min ,掺碳B4C烧结后相对密度大于 90 % .掺入的碳除了固溶于B4C晶格中之外 ,其它均以游离石墨形式存在 ,不形成新相 .掺碳还导致B4C晶粒尺寸大大减小 .

酸化冷冻法从提钾母液中提取硼酸的最佳工艺

针对柴达木盆地某盐湖提钾后母液,以0,℃和25,℃H3BO3–MgCl2–H2O体系相图为指导,研究了酸化–冷冻提取硼酸工艺的pH、冷冻温度、冷冻时间对硼酸回收率的影响,获得老卤酸化提取硼酸的最佳工艺条件:VHCl∶V卤水=4∶125,0,℃冷冻时间3,h.结果表明,干燥后的粗产品硼酸纯度为87.3%,单次循环硼酸回收率在75%以上,经重结晶后硼酸纯度可达99%以上.

硼镁矿常压法制取硼砂的工艺研究

介绍了西藏硼镁矿采用常压制取硼砂的方法 ,着重讨论了影响反应的几个因素 ,实验结果显示反应时间 2 5h ,反应温度沸腾状态 (约 10 6℃ ) ,液固比 3～ 3 5 ,碱量为理论量的 110 % ,碳酸氢钠采用分批投料 ,常压操作 ,碱解率 98 8% ,回收率 95 %以上。考察了工业规模装置下的运行状况 ,结果表明 ,矿石碱解率 96 %以上 ,产品回收率达 85

盐湖卤水萃取提硼试验研究

以西藏某盐湖卤水浓缩液为研究对象,对影响萃取和反萃取的诸多因素如料液酸度、萃取剂配比、萃取和反萃取时间、反萃取剂浓度、相比等进行了详细试验研究,获得了混合醇提硼适宜的萃取条件:原料液pH=3,混合醇萃取剂与磺化煤油的体积比V(2-乙基-1,3-己二醇)∶V(异辛醇)∶V(磺化煤油)=3∶7∶10,相比为1.0,萃取时间为10 min;反萃取条件:反萃取剂浓度为0.3 mol/L,相比为1.0,反萃取时间为10 min。在此工艺条件下,萃取率>96%,反萃取率>95%。另外,在本原料液体系中,以二元醇与一元醇的混合醇作为萃取剂萃取硼,萃取效果远好于一元醇。

磷尾矿氨循环法分离钙镁制取氢氧化镁碳酸钙的研究

为有效分离磷尾矿中的镁、钙、磷,对磷尾矿进行煅烧,其灰分用铵盐铵解,可分离出磷矿并获得氯化钙、氯化镁溶液,铵解过程释放的氨可回收用于下一步的反应。向氯化钙、氯化镁溶液中加入碳酸铵可得到碳酸钙,分离出碳酸钙的溶液再加入氨水可沉淀出氢氧化镁。实验结果表明,采用氨循环法处理煅烧后的磷尾矿,能较好地分离出磷尾矿中的钙、镁、磷元素,制备出碳酸钙和氢氧化镁产品,碳酸钙产品的纯度达到99%、氢氧化镁产品的纯度达到90%。该方法通过氨及二氧化碳的循环利用,既降低了生产成本又减少了对环境的污染,具有极大的推广应用价值。

活性炭对海水中硼的吸附研究

未处理的生活污水和海水中均含有一定量的硼,给人们的生产和生活带来严重影响,因此,微量硼的分离与去除意义重大。利用活性炭吸附法吸附溶液中的微量硼,对其影响因素如接触时间、吸附质质量浓度、pH、吸附剂量及温度等进行了研究,并对比了动静态吸附及酸碱再生效果,确定了适宜的实验条件。应用该法吸附某海水中的微量硼,其一次除硼率可达90%以上,硼质量浓度达到WHO规定饮用水的要求。

用石灰乳从硼酸母液中沉淀硼影响因素研究

以青海江河化工厂硫酸法生产硼酸所产生的母液为研究对象,分析了石灰乳从硼酸母液中沉淀硼的原理。通过实验讨论了用石灰乳从硼酸母液沉淀硼时pH、反应时间、反应温度对沉淀过程的影响。结果表明:石灰乳对母液中硼的固硼率随pH增加和反应温度的提高而增大,随反应时间的增长呈抛物线变化。

混合醇萃取剂从浓缩盐湖卤水中萃取提硼的实验研究

以2-乙基-1,3-己二醇和异丁醇按照一定体积比组成混合萃取剂、航空煤油为稀释剂,萃取某硫酸盐型盐湖浓缩卤水中的硼。对萃取剂浓度、浓缩卤水pH、萃取相比、萃取温度、萃取时间、饱和萃取容量和反萃剂浓度、反萃相比等进行了实验研究。结果表明:2-乙基-1,3-己二醇、异丁醇和航空煤油体积比为1∶2∶3,卤水pH为3,萃取相比为1∶1,温度为20℃,萃取时间为5 min;将得到的富硼有机相用0.25 mol/L氢氧化钠溶液进行反萃,反萃相比为1∶2、温度为30℃、反萃取时间为15 min。经三级萃取及反萃,卤水中硼质量浓度降为0.8 mg/L,硼萃取率为99.99%,反萃率为99.78%,硼回收率为99.77%,萃取效果好。

硅铝合金真空热法还原硼镁石矿实验研究

为了解决低品位硼镁石矿的合理利用问题,首次以硅铝合金为还原剂,应用真空热法还原原理将煅烧后矿石中的游离氧化镁还原为金属镁.正交实验结果表明,最佳还原条件为:还原温度1 453 K、还原时间2.0 h、制团压力35 MPa、还原剂过量系数10%,该条件下镁的还原率可达到63.7%.得到的还原余料可用做生产无碱玻璃球的原料.该工艺对环境无污染,为硼镁石矿的综合利用开辟了一条新途径.

硼镁矿综合利用研究

对硼镁矿成分进行分析,从而确定了采用硼镁矿制取硼酸联产碳酸镁工艺路线———用硫酸分解硼镁矿制取硼酸,硼酸母液经处理后加入碳化氨水制取碳酸镁。通过条件实验研究,确定了最佳工艺条件。结果表明,此方法不仅实现了硼镁矿中有用资源的充分利用,而且还大幅度提高了硼的利用率。

(硬)石膏矿物中硼的提取分离及硼同位素测定

(硬)石膏作为海湖水蒸发过程中常见的硫酸盐矿物,能很好反映原始母液的组成及相关水文地质信息。硼属于易溶元素,常赋存于各种蒸发岩矿物中,目前硼同位素在矿床学,地球化学,古环境等地球科学中已得到广泛应用。由于(硬)石膏硼含量较低且难溶于水和盐酸,所以其硼含量及硼同位素组成特征研究较少。本研究通过物相转化与树脂交换法提取纯化(硬)石膏中的硼:首先使用碳酸氢铵与石膏混合,将微溶硫酸钙转化为难溶碳酸钙,随后使用盐酸溶解,一次转化率为85%,两次转化与分解可以保证石膏的完全溶解;之后经过硼特效树脂(Amberlite IRA 743)完成硼富集及阴阳离子混合树脂(Ion ExchangeⅡ和Dowex50W×8)对硼的纯化;最终通过He改进的正热电离质谱法测定硼同位素。测得试剂石膏中的硼含量为(3.501±0.128)μg/g(n=12,RSD=3.6%),平均加标回收率为100.5%;同时加标试剂石膏的δ^(11)B值为17.98‰±0.21‰(n=3,RSD=1.2%),说明整个流程的重复性良好,可以满足(硬)石膏中硼含量及其硼同位素组成的准确测定。

碳化钙真空热法还原硼镁石矿新工艺研究

为了解决低品位硼镁石矿的合理利用问题,本试验首次以碳化钙为还原剂,应用真空热法还原原理将煅烧后矿石中的游离氧化镁还原为金属镁。正交实验结果表明,最佳还原条件为还原温度1453K、还原时间2.0h、制团压力35MPa、还原剂过量系数10%,该条件下镁的还原率可达到64.5%。还原余料经处理后得到高附加值的富硼料。对比可知,富硼料是代替硼酸生产无碱玻璃球的理想原料。该工艺对环境无污染,为硼镁石矿的综合利用开辟了一条新途径。

电解法制备硼粉过程电流效率的影响因素

电流效率是电解法制备单质硼的一个重要生产指标,它涉及到硼电解槽的产量和电耗。在电解槽型的设计过程中,如何提高熔盐电解的电流效率对于硼粉的单位时间产量、降低单位电耗等主要技术经济指标具有重要的意义。文中采用氟化钾-氯化钾-氟硼酸钾体系,进行了实验研究。在电解槽内测定了制备过程中电流效率随电解温度、电流密度、电极间距离、电解时间的变化关系。结果表明:当电解温度为760—790℃、电流密度在0.8—1.14 A/cm2、电解时间为2.5—3 h、极间距离为4 cm时,电解的电流效率最高。

自蔓延高温合成六方氮化硼粉体实验研究

本文提出了一种自蔓延高温合成六方氮化硼粉末的方法,并对该反应进行了绝热温度计算,验证了其自蔓延合成的可行性。利用原位反应长大方法,获得了高密度六方氮化硼粉末。