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。

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。

高效Li-CO_(2)电池用富缺陷Co-N-C纳米片电极的制备

采用原位生长-模板保护-裂解组装策略,对双金属类沸石咪唑骨架材料(ZIFs)前驱体进行结构调控,成功制备Co-N_(x)、N-C活性位点及缺陷共存的二维钴-氮-碳纳米片(Co-N-C NFs)催化剂。Co-N-C NFs耦合了内在的Co-N-C的电子结构和外在的富缺陷的二维片层结构,为锂-二氧化碳电池(LCB)提供了有利的气-液-固三相反应界面;纳米薄片彼此交互,构建出有利于CO_(2)吸脱附、锂离子和电子迁移输运路径以及便于产物寄宿的空间结构。基于Co-N-C NFs催化剂正极构筑LCB电池,电池表现出优异的电化学性能,放电容量达到2880μAh/cm^(2),在100μA/cm^(2)的大电流密度下,放-充电平台维持在2.60 V和4.40 V,且能稳定工作超1480 h。

银杏叶基锂离子电池炭负极材料制备及电化学性能研究

以银杏叶为基质制备锂离子电池负极材料,采用活化剂FeCl_(3)对银杏叶(GL)浸渍,通过不同温度进行碳化处理,并且对于银杏叶基负极材料的电化学性能进行探究。通过FeCl_(3)活化可以改善银杏叶生物质炭的孔结构,实验考察不同活化温度考察对产物结构和性能的影响,得到最优活化温度为600℃。制备出的产品在电流密度0.1A·g^(-1),电压为0.01~3.0V条件下首次放电比容量和首次库伦效率分别为:941 mAh·g^(-1),61.63%。30圈充放电循环后的放电比容量和库伦效率分别为:453.5 mAh·g^(-1),98.75%。

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。

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)。

超重力法制备FeS及其Al_(2)O_(3)负载改性后脱汞性能研究

采用撞击流-旋转填料床(IS-RPB)结合共沉淀法获取粒径小且分布均匀的FeS粉体,利用浸渍法对其进行负载型改性得到复合材料FeS/Al_(2)O_(3),并利用其进行脱汞性能探究。利用扫描电镜、X射线衍射仪和能谱仪对复合材料的组成和形貌结构进行表征;利用粒度分析仪测试FeS粉体的粒径分布;利用原子吸收分光光度计测试脱汞率,考察吸附剂用量、处理时间、pH、共存离子等对脱汞效果的影响。结果表明,超重力法制备纳米FeS的最佳条件为:c(Fe^(2+))=0.10 mol/L、超重力因子为106.6、撞击初速度为9.43 m/s,此时,得到的FeS的粒径小(D50=91 nm)且分布很窄(68~114 nm)。FeS/Al_(2)O_(3)复合材料的脱汞最佳条件为:pH为6、吸附材料质量浓度为2.0 g/L、处理时间为240 min,此时,脱汞率可达99.96%,最大饱和吸附容量为1 775.9 mg/g,出水质量浓度为0.04 mg/L。

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。

抗生素亚胺培南探针分子设计及传感性能研究

抗生素亚胺培南(imipenem,IPM)用药治疗败血症患者感染需要快速做出反应,目前的血药监测方法严重延迟药物注射。设计金属元素掺杂型石墨烯量子点(graphene quantum dots,GQDs),可实现荧光法快速测定IPM和开辟荧光法检测抗生素的新途径。采用水热法制备了铁掺杂GQDs(Fe-GQDs),用于快速探测IPM。采用透射电子显微镜(transmission electron microscopy,TEM)、X射线光电子能谱(X-ray photoelectron spectroscopy,XPS)以及荧光光谱等方法,探讨不同铁源起始剂对GQDs荧光性能及传感性能的影响,并分析了乙酸铁为铁源制备的Fe-GQDs的微观结构及荧光性能。结果表明:以乙酸铁为起始剂制备的Fe-GQDs荧光性能最佳,且对IPM具有显著的荧光淬灭效应。所制备的Fe-GQDs荧光淬灭强度(F/F_(0))与IPM浓度(concentration,C)呈线性关系,线性方程为F/F_(0)=0.983-4.23×10^(-3)C,线性相关系数(R 2)为0.997,线性范围为0.007~0.073 g/L。Fe-GQDs探针分子对血浆中常见有机分子和金属离子具有良好的抗干扰性,检测IPM误差为1.6%~4.6%。

磁铁矿金属化焙烧高温捕集催化剂浸出渣回收铂族金属研究

针对汽车催化剂氧化浸出渣,开展磁铁矿金属化焙烧高温捕集回收铂族金属研究。重点研究捕集剂、还原剂、助熔剂、反应温度、反应时间对铂族金属捕集率的影响。试验结果表明,捕集剂配比20%,还原剂配比12%、助熔剂配比25%、焙烧温度1400℃、恒温反应时间4 h条件下,铂族金属铂、钯、铑的捕集率分别可达97.19%、92.88%、97.08%。

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。

Fe_(3)O_(4)磁性纳米颗粒的修饰及在肿瘤治疗中的应用

综述了对四氧化三铁磁性纳米颗粒(Fe_(3)O_(4)-MNPs)的功能化修饰以及其在肿瘤治疗中的应用。重点阐述了无机纳米粒子和有机聚合物对Fe_(3)O_(4)-MNPs的修饰,以提升磁性纳米材料的稳定性、分散性及生物相容性;以及Fe_(3)O_(4)-MNPs在治疗中作为药物载体、磁热疗、磁共振成像、光动力疗法以及多功能肿瘤治疗体系的应用等。讨论了Fe_(3)O_(4)-MNPs在应用过程中可能存在的问题并对未来的发展进行了展望。Fe_(3)O_(4)-MNPs的大小、形状和剂量将会是评估的首要指标,在治疗应用过程中的细胞毒性问题或将成为关键难题。通过寻求新的修饰材料,合成多功能、成本低以及应用方便地Fe_(3)O_(4)-MNPs是今后主要的研究热点。

S-Fe/C的制备及其对孔雀石绿和三氯乙烯的移除性能

为了提高纳米零价铁对污染物的吸附和还原性能,采用气溶胶辅助制得碳载纳米零价铁(Fe/C),并通过对Fe/C硫化改性制备得到改性材料(S-Fe/C),采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、X射线衍射分析(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)等多种方法对材料进行表征,考察了S-Fe/C的材料特征。探究了该材料对孔雀石绿(MG)的吸附性能以及对三氯乙烯(TCE)的还原性能。结果表明,S-Fe/C对MG的吸附量达到1663 mg/g,对TCE 10 h去除率为85.57%,表明S-Fe/C具有良好的吸附性能和还原性能。

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂电还原CO_(2)制CO研究进展

单原子Ni、N共掺杂碳材料基催化剂(Ni-N-C)电催化CO_(2)制CO,因其在较大的电流密度和较大的过电势下仍具有超高的CO选择性,引起了广泛关注。本文综述了Ni-N-C电催化CO_(2)制CO研究进展,包括氮掺杂碳材料基催化剂和Ni-N-C电催化CO_(2)制CO。总结了氮掺杂碳材料基催化剂中不同形态N的催化活性,目前为止,N在该类催化剂电化学还原CO_(2)中的确切作用没有达成共识。此外,还总结了Ni-N-C的催化性能、催化机理及催化性能改性方法,探讨了与Ni配位的N原子和缺陷位对催化活性的影响规律,分析了各类碳载体的优缺点。Ni-N-C电化学还原CO_(2)制CO研究已取得一定的进展,如电流密度可达工业级要求,但是其实现大规模工业化应用还需解决一些关键问题,如开发高活性和高稳定性Ni-N-C的定向制备技术;研发制备简易温和、成本低廉、具有抗腐蚀性、耐高温的先进碳载体材料。

煅烧对空气电极的多孔结构和电化学性能的影响

优化空气电极的孔道结构对提升电极的电化学性能至关重要。通过电极多孔结构的重组,可以提高氧气的传输速率,从而实现金属空气电池的高能量密度和长放电寿命。采用扫描电镜、差热分析仪、比表面积测试仪、润湿角测试仪和电化学测试仪等检测技术,研究了不同煅烧温度(200、250、300、350、400℃)对空气电极的表观形貌、微孔结构和电化学性能的影响,并进一步测试了镁基空气电池的放电性能。结果表明,随着煅烧温度升高,电极中黏结剂聚四氟乙烯(PTFE)的纤维熔融状态改变了其微孔结构分布(包括气孔和液孔),从而影响了电极的氧还原电化学性能和放电寿命。尤其在接近PTFE相变点(343℃)的煅烧温度350℃下制备的空气电极,具有均匀的孔径分布和最佳疏水特性(包含疏水点和气体扩散孔道)。因此,空气电极表现出最小电极极化(-0.45 V极化电位下,电极电流密度为159.1 mA/cm^(2))、最长放电寿命(15 mA/cm^(2)电流密度下,放电时长为39.0 h),较大的容量及功率密度(分别为37.4 A·h和13.05 mW/cm^(2))。

活性氧化镁选择性沉淀钴试验研究

针对以刚果(金)铜钴多金属共生矿石为原料的提钴工艺,研究了采用活性氧化镁选择沉淀模拟含钴溶液中的钴并制备粗氢氧化钴,探讨了溶液中氢氧化物沉淀的动力学,考察了氧化镁粒径、氧化镁添加量及添加方式、反应时间、温度对铁、钴、锰沉淀的影响。结果表明:通过添加30%过氧化氢能快速去除模拟含钴溶液中的杂质铁;按照添加量0.68/1、多次加入方式向模拟含钴溶液中添加粒径小于45μm活性氧化镁,在常温下反应6 h所得一级沉淀符合行业标准一级品要求,次级沉淀符合三级品要求。该工艺具有成本低、实用性强等优点,可有效提高氧化镁沉钴效率。

高纯纳米氧化铁的制备

【目的】改进纳米氧化铁的制备工艺流程,制备高纯纳米氧化铁。【方法】首先,采用重结晶法去除硫酸亚铁中Ca^(2+)、 Mg^(2+)、 Mn^(2+)等杂质离子,采用氟化铵沉淀进一步去除硫酸亚铁中的Ca^(2+)、 Mg^(2+)杂质离子,然后使用过氧化氢氧化法、氨水沉淀法对硫酸亚铁进行沉淀制得羟基氧化铁,接着采用调浆法和超声法洗涤羟基氧化铁制得前驱体,最后焙烧前驱体制得高纯纳米氧化铁;使用仪器和设备分析高纯纳米氧化铁的颗粒形貌、粒径分布和杂质离子的质量浓度。【结果】改进后的制备高纯纳米氧化铁的工艺流程为:将温度为60℃时的饱和硫酸亚铁溶液进行降温,在温度至10℃时实现2次重结晶,将重结晶后的硫酸亚铁配置为pH为6的溶液;在水浴温度为30℃时,氟化铵过量系数设为5以使Ca^(2+)、 Mg^(2+)沉淀,制得纯净硫酸亚铁溶液;利用过氧化氢氧化、氨水沉淀硫酸亚铁溶液制得羟基氧化铁;重复利用调浆洗涤、超声洗涤羟基氧化铁去除铵根离子和硫酸根离子;将沉淀物在温度为600℃时焙烧1 h,制得高纯纳米氧化铁。【结论】由改进的制备方法制得的高纯纳米氧化铁球形颗粒形貌均匀,中位粒径为300 nm,高纯纳米氧化铁中α-Fe_(2)O_(3)的质量分数大于99.95%。