电化学剥离石墨烯复合材料制备及应用研究进展

石墨烯因为其优异的物理化学特性,引起了广泛的应用研究热潮。石墨烯的产业化应用离不开制备工艺的发展,由于应用场景的不断完善,对规模化石墨烯制备工艺的要求进一步提高,传统的石墨烯制备方法已经难以满足许多应用需求。因此,绿色、规模化、高质量的石墨烯制备技术开发显得十分重要。电化学法是一种在电解液中利用电场辅助剥离石墨烯的方法,电化学法剥离石墨烯具备快速、绿色、扩展性强、容易规模化制备等特点,是一种极具发展潜力的制备技术。综述了基于电化学法剥离石墨烯制备工艺的最新研究,阐述了电化学剥离石墨烯的机制以及影响电化学石墨烯产物的各种因素,最后总结了其在包括能源、催化、军用吸波材料以及其他复合材料领域的应用进展。

浸渍工艺对大规格石墨材料的影响研究

为了提高石墨产品的性能,针对大规格石墨体积密度偏低和性能较差等问题,进行了浸渍工艺研究。研究结果表明:采用软化点120℃的改质煤沥青为浸渍剂,在浸渍温度210℃,浸渍压力2.5 MPa,浸渍时间6 h及冷却压力3.0 MPa的条件下进行1次浸渍,大规格石墨制品增重率和体积密度分别达到14.12%和1.828 g/cm^(3)的较佳水平。经焙烧后,浸渍剂挥发致使制品体积密度下降,为此研究了浸渍焙烧次数对制品体积密度的影响,确定采用两焙一浸工艺路线,制品可达到体积密度1.794 g/cm^(3)的较好水平和最大的综合效率。

铜单原子催化剂的制备及在电化学能源转化的应用

电化学能源转化作为一种清洁高效的能源转化方式,是实现“双碳”目标的重要技术途径之一,而开发高性能催化剂,是提高电化学能源转化效率的关键手段。单原子催化剂兼具均相催化剂原子利用率高和非均相催化剂稳定易分离的优势,在电催化能源转化领域展现出巨大的应用前景。铜(Cu)具有电导率高、储量丰富、环境友好的优势,在电化学能源转化中占据重要地位。本文总结了Cu单原子催化剂(SACs)的制备策略,如高温热解法、湿化学法、化学气相沉积法、电化学法等,介绍了该类材料在电催化CO_(2)还原反应(CO_(2)RR)、氧还原反应(ORR)、电解水析氢反应(HER)及N2电化学还原(NRR)等电化学能源转化领域的研究进展和技术应用。最后,总结了Cu单原子在电催化领域所面临的挑战,并对其未来的应用前景进行展望。

从铜渣中回收铜锌的试验研究

采用"浸出—铜萃取—除杂—锌萃取"工艺回收某铜渣中的铜锌,结果表明,直接酸浸对铜渣具有较好的浸出效果,酸用量为1.4倍铜渣量,铜渣细度为-0.074mm占95%时,铜锌的浸出率分别达73.25%和88.66%;在萃取剂用量为10%、水相pH值为2、萃取相比O/A为1时,铜萃取率达99.95%,且杂质萃取率较低;在pH值为5条件下,可几乎完全沉淀铁铝,且对钙镁也有一定的去除作用;P507对锌萃取具有较好的选择性,经三级萃取,锌萃取率可达94.42%,而杂质萃取率较低,反萃液较纯净。

废旧三元正极材料中选择性提锂

对废旧三元正极材料(LiNi_(0.5)Co_(0.2)Mn_(0.3)O_(2))进行硫酸化焙烧-水浸选择性提锂研究。在98%硫酸用量为6 ml、焙烧温度为650℃、焙烧时间为2 h、研磨样品d 50为6μm、固液比为1 g/7 ml和加水20℃浸出2 h的条件下,20 g三元材料所得浸出液中的Li浓度为5.65 g/L,回收率为93.68%,而Mn、Co和Ni的浓度分别为0.25 g/L、0.06 g/L和0.15 g/L,回收率分别仅为1.02%、0.22%和0.62%,选择性提锂效果显著。XRD和SEM分析表明,硫酸化焙烧可使三元材料转化为易溶的硫酸锂(Li_(2)SO_(4))和难溶的Mn、Co及Ni氧化物,但焙烧后样品的结晶度较差,造成Mn、Co和Ni部分溶出。

铜冶炼副产品粗硫酸镍净化除杂工艺研究

为了提升粗硫酸镍的价值和综合回收有价金属铜,针对铜冶炼副产品粗硫酸镍中杂质含量高的问题进行了净化除杂工艺研究。试验结果表明,采用氟化沉淀法除钙镁—Lix984N选择性萃取回收铜—P204萃取深度除杂工艺,以NaF为沉淀剂,溶液中的Ca2+、Mg2+的去除率分别为91.63%、89.88%;以Lix984N为萃取剂选择性回收铜,铜综合回收率为98.50%;以P204作萃取剂,溶液中的Zn2+的萃取率为99.94%。净化后的硫酸镍溶液蒸发结晶获得的硫酸镍产品质量符合HG/T 2824—2009Ⅱ类优等品要求,全流程镍综合回收率为95.71%。

特种石墨生产关键技术研究

为了获得特种石墨制品最优性能,试验研究了3种特种石墨生产工艺对产品热膨胀系数、电阻率、抗折强度和抗压强度等性能的影响,并确定了“一浸两焙石墨化”最优石墨化升温制度。结果表明,升温程序2、最高温度2810℃条件下,产品热学综合性能和机械综合性能达到最优;“一浸两焙二次石墨化”和“二浸三焙石墨化”工艺最终产品的密度、抗折强度、电阻率、热膨胀系数及各向同性等性能指标更大,即提高产品的机械综合性能,降低了热学综合性能。

响应曲面法优化等静压石墨材料成型工艺

采用全因素正交实验和响应曲面实验相结合的方法确定等静压石墨材料成型工艺。结果表明,全因素正交实验确定成型压力、保压时间、泄压速率以及成型压力和保压时间、保压时间和泄压时间的交互作用对等静压石墨抗折强度影响显著,其数学模型拟合良好,但是模型弯曲项显著,表明在高低水平间存在极值,正交实验难以确定最佳工艺条件。利用响应曲面实验可以对等静压成型工艺很好拟合,通过预测和实验验证确定等静压成型工艺的最佳条件:成型压力215MPa、保压时间18.4min、泄压速率1MPa/s,在此条件下成型并进行焙烧石墨化,所制得的等静压石墨材料具有24.40MPa的抗折强度,其结果与模型预测一致,证明响应曲面优化结果可靠。

废旧磷酸铁锂锂离子电池正极的回收

采用磷酸(H3PO4)溶液对废旧LiFePO4电池正极片在低温热解得到的粉末材料进行浸出,以铁盐溶液作为补充铁源,合成电池级磷酸铁(FePO4),并将滤液pH值调到8.0以上,得到工业级磷酸锂(Li3PO4)。通过SEM、XRD和电化学性能测试,研究热处理温度、反应原料配比与溶液pH值对回收产物形貌和性能的影响。将正极片在350℃下热解2 h分离得到的粉末加入到85℃的H3PO4溶液中,在n(P)∶n(Fe)为1.3∶1.0的条件下,制备的FePO4结晶度好。制备的电池在2.5~4.0 V充放电,0.2 C和2.0 C放电比容量最高分别达到160.2 mAh/g和150.3 mAh/g。以Li3PO4方式回收滤液中的锂元素,当p H值为10时,回收率达到90%,Li3PO4纯度在99.4%以上。

利用某铁精矿制备高品质超级铁精矿

为得到高品质超级铁精矿,对某铁精矿进行了"磨矿—磁选—反浮选"的选矿试验研究。结果表明,采用立磨机磨矿,在磨矿细度为-0.037 mm占95%,磁场强度为62.4 kA/m下进行磁选,并对磁选精矿在碳酸钠用量为2 000 g/t、高温苛化淀粉用量为200 g/t、酸化十二胺用量为120 g/t条件下进行浮选,最终可获得产率为49.50%,铁品位为72.24%,二氧化硅含量为0.08%,其它杂质微量的高品质超级铁精矿。

钛白副产物硫酸亚铁净化液制备高品质氧化铁红试验

为了寻找软磁铁氧体用氧化铁红的新途径,实现钛白副产物硫酸亚铁的综合利用,以钛白副产物硫酸亚铁的净化液为原料,首先采用氨水调节体系pH值液相氧化合成前驱体,然后经煅烧制备氧化铁红(α-Fe_(2)O_(3))。通过XRD、SEM、ICP、高频红外碳硫分析仪、比表面积仪进行表征,研究了体系pH值、初始Fe^(2+)浓度、煅烧温度、煅烧时间对产物的晶体结构、晶体形貌、杂质含量及比表面积的影响。结果表明,在初始Fe^(2+)浓度为70 g/L的条件下,通过精确控制氨水的加料速度,确保体系pH值稳定地维持在5.0以内,获得了纯度高、杂质含量低、比表面积大的前驱体,然后在760℃下煅烧2 h,最终获得Fe2O3纯度为99.68%、SiO_(2)含量0.0054%、S含量0.032%、比表面积3.576 m^(2)/g的高品质氧化铁红产品,可作为生产高性能软磁铁氧体的理想原材料。

面向低成本纯水电解制氢技术的单原子化金属复合物析氢催化剂研究进展

纯水电解制氢技术是合理利用可再生能源实现电能-氢能相互转化的一个有效途径,对于实现中国的能源结构转型和“双碳”战略有着重要作用。纯水电解制氢的主要实施方式是采用酸性质子交换膜的电解槽,但是其催化剂中所需的大量贵金属组分导致了高昂的制造成本,严重限制了其未来的发展。单原子化金属复合物催化剂的研发与应用是有效降低催化剂中贵金属用量的一个重要策略,开发适应酸性环境、高反应活性、稳定可靠的贵金属甚至非贵金属体系单原子催化剂(SACs)成为研究和产业化的共同热点。本文在介绍单原子催化体系的研发历程和在酸性析氢反应(HER)过程中应用现状的基础上,分为贵金属体系和非贵金属体系两大类分别进行综述,具体阐述了单原子复合催化剂的制备方法、组分结构、电化学性能以及构效关系,最后对面向更低成本的单原子化析氢催化剂的发展前景和应用推广趋势进行了总结和展望。