三元正极材料的复合改性研究进展

富镍层状金属氧化物镍钴铝酸锂/镍钴锰酸锂(NCA/NCM)是一种很有前途的锂离子电池正极材料。循环过程中界面不稳定、体结构退化和电极/电解质界面的副反应导致的容量快速衰退阻碍了其更大规模的商业应用。通过掺杂可以抑制阳离子混排和结构畸变,表面包覆可以保护粒子表面,抑制副反应,联合改性策略可以增强材料整体结构的稳定性,使材料具有良好的循环性能。据此,综述了近年来对富镍三元层状金属氧化物正极材料的复合改性研究进展,并阐述了改性的部分机理,最后对富镍层状金属氧化物正极材料的发展前景做了展望。

ZIF材料对碘的吸附特性研究

核废水中的放射性碘对人类健康和环境有严重的危害,但是由于碘在水中以多种形式存在,很难准确测定其在水中的含量。开发能够准确测定水中碘单质含量的方法,制备有效去除碘单质的材料对保护环境和人类健康尤其重要。为此,本研究首先提出了用环己烷萃取法测定碘单质浓度的方法,并且制备了两种沸石咪唑骨架材料ZIF-8和ZIF-67,研究了ZIF-8和ZIF-67对水环境中碘的吸附行为。利用分析仪器对ZIF-8和ZIF-67材料进行了表征。结果表明:两种材料都具有良好的化学结构和较大的比表面积。吸附动力学实验结果表明,60 min内,两种材料对碘的吸附可以达到平衡,吸附行为更好地符合拟二级动力学模型。吸附热力学结果表明,两种材料在水中对碘的吸附过程均为线性吸附。ZIF-8和ZIF-67材料对碘单质的吸附量可高达2000 mg·g–1。

海水小球藻和三角褐指藻对U(Ⅵ)的吸附研究

以冷冻干燥法制备海水小球藻和三角褐指藻藻粉,考察pH、时间、温度、初始U(Ⅵ)浓度、盐浓度等对两种微藻在水溶液中吸附U(Ⅵ)的影响,并由Langmuir模型拟合结果分析得出海水小球藻和三角褐指藻对U(Ⅵ)的吸附量最高分别达1314.0 mg/g和1450.0 mg/g。采用BM、SEM、EDS、FTIR等方法对两种微藻吸附U(Ⅵ)前后形貌及结构进行表征,分析可能存在的吸附机理。此外,模拟深海高压环境考察藻粉对U(Ⅵ)的吸附,得出2种藻粉在一定超高压环境下U(Ⅵ)吸附性能良好,且三角褐指藻优于海水小球藻。

拉曼光谱法研究硝酸钙溶液的离子缔合

采用显微拉曼光谱技术研究水盐摩尔比(WSR)为4.0~160.0的硝酸钙溶液中的缔合物种分布情况及物种间的转换关系。研究表明当WSR从160.0降低到4.0时溶液中硝酸根离子的对称伸缩振动频率(v1-NO-3)从1048.3cm-1蓝移至1052.9cm-1,半峰高宽(FWHM)从7.6cm-1增大到15.3cm-1。采用组分分析方法对v1-NO-3峰分析得出,WSR≥16.3时为第一浓度区域,主要物种为溶剂共享离子对(shared ion pair,SIP),次要物种为接触离子对(contact ion pair,CIP)和自由水合离子(free hydrated ion,Free ion),且WSR=16.3时,SIP和CIP的量相等;当8.4≤WSR<16.3时为第二浓度区域,主要物种为CIP,复杂离子簇(complex ion cluster,Complex)的量快速增加;当WSR<8.4时为第三浓度区域,主要物种为Complex,CIP和SIP的量快速下降;WSR<4时,由曲线拟合得出溶液中CIP和SIP均逐渐转换为Complex,Complex的量趋近于1。硝酸钙溶液过饱和度越高,结晶越困难,溶液的结构构型与四水硝酸钙熔融盐结构相似,即推测出过饱和硝酸钙溶液(1≤WSR≤4,没有新相生成)的结构构型是单齿六配位[(H2O)m(HO3)nCa(NO3)Ca(NO3)p(H2O)q](m+n=p+q=5)。

ZIF-8-SiO_(2)的制备及其对U(Ⅵ)的吸附

以沸石咪唑酯骨架结构材料ZIF-8及硅酸四乙酯(TEOS)为原料制备ZIF-8-SiO_(2)复合材料,并采用XRD、SEM、EDS等方法对ZIF-8-SiO_(2)的结构及吸附U(Ⅵ)前后的形貌进行表征,结果表明ZIF-8-SiO_(2)成功制备且对U(Ⅵ)具有良好的吸附作用。以静态吸附实验,分别考察了pH值、时间、温度、溶液初始铀浓度、盐浓度及超高压环境等对ZIF-8-SiO_(2)吸附性能的影响。由实验结果可得,在初始浓度为80 mg·L^(-1)时,25℃下ZIF-8-SiO_(2)对U(Ⅵ)的最大实际吸附量为498 mg·g^(-1),根据Langmuir模型拟合结果分析得出,ZIF-8-SiO_(2)对U(Ⅵ)的理论吸附量最高可达678.5 mg·g^(-1),且在200~500 MPa范围内,压强越高越有利于吸附。通过FTIR、XPS等方法对ZIF-8-SiO_(2)吸附铀酰离子前后的结构进行分析,探究该吸附过程中可能存在的吸附机制。