Li_4SiO_4的制备表征及CO_2吸附与模拟

采用柠檬酸.乙醇络合法,以柠檬酸,乙醇、硝酸锂、正硅酸乙酯为原料制备了硅酸锂(Li_4SiO_4)超细晶体粉末,采用TG-DSC、XRD、SEM等手段对Li_4SiO_4的前体及Li_4SiO_4晶体粉末进行了表征,分析了凝胶的热分解变化过程和球状晶形结构的形成过程.在800℃下焙烧2 h,制备出的Li_4SiO_4超细晶体粉末为球状晶型,晶型完整、均匀.采用TG-DSC对Li_4SiO_4晶体粉末在程序升温和恒温状态下吸附CO_2的性能进行了研究,结果表明:最佳吸附温度为700℃,90 min样品吸附CO_2量可达吸附剂质量的32.2%.用吸附模型对Li_4SiO_4吸附CO_2进行模拟,模型模拟的数据与实验数据吻合较好.     

以微硅粉为原料制备吸收CO_2材料硅酸锂的研究

硅酸锂(Li_4SiO_4)材料可在高温500～750℃下直接吸收温室气体CO_2。通过高温固相法,采用工业固体废弃物微硅粉和Li_2CO_3为主要反应原料,于不同温度下合成了Li_4SiO_4材料。本研究采用X衍射仪(XRD)和差热分析(TG)分别表征了合成材料的结构特征以及硅酸锂材料对CO_2的吸收性能。实验结果表明,在740℃下煅烧4h可合成出的硅酸锂材料对CO_2吸收性能良好,通过热重分析在CO_2气氛下,于700℃保持15 min即可达到吸收平衡,其吸收量可达30%(wt)以上。与已有文献报道进行对比,改善了材料的合成条件,较大地提高了CO_2的吸收容量,同时还为烟气回收矿物微硅粉的应用寻找到一个变废为宝的新途径。     

利用稻壳灰联产水玻璃和活性炭

目前我国稻谷年产量为16120万吨,经作者实地调查,加工100吨稻谷约出稻壳20吨。稻壳灰作为废物愈来愈多地堆积于村头路旁,倾泻于小河池塘,弃之可惜且又污染环境。为此,作者进行了稻壳灰为原料联合生产水玻璃和活性炭的研究。一、生产原理1、稻壳经热解或燃烧以后,所含的硅以SiO_2的形式存在于稻壳灰中。试验所用的稻壳灰经光谱分析、含硅28%,换算成SiO_2含量为60%;含碳量为39.7%。稻壳中所含的SiO_2在加温加压的条件下能与烧碱溶液反应生成水玻璃:(?)在2.5大气压和105℃的反应条件下,     

高活性稻壳灰的制备、提纯及应用的研究进展

稻壳灰是通过煅烧稻壳得到的一种高活性的火山灰材料,有着广泛而重要的用途。这里根据国内外研究现状及发展趋势,综述了高活性稻壳灰的制备、提纯及应用,特别就以稻壳硅为硅源的应用给予了重点阐述,并结合本课题组的研究,提出了稻壳灰的应用体会和展望。     

高温CO2吸附材料K掺杂硅酸锂陶瓷的制备及掺杂机理研究

以Li_2CO_3,SiO_2为固相反应物,同时以K_2CO_3作为K掺杂源,制备了一系列可在高温下(300～800℃)吸收CO_2的K掺杂硅酸锂陶瓷材料,利用XRD,eds能谱观察掺杂源的存在形式。采用扫描电镜(SEM)、热重分析性(TG)对材料进行了表面形貌及高温下吸附CO_2的能力检测。结果表明:(1)一定K掺杂量的硅酸锂陶瓷材料相比未掺杂硅酸锂,其对CO_2的吸附能力大幅度提高;(2)K在硅酸锂陶瓷材料中主要以K+的形式存在,不以其它化合物的形式存在,对材料晶体结构造成了一定的破坏,形成了晶体缺陷,破坏其稳定性,增强活性,从而达到提高吸附CO_2的作用;(3)对于吸收-释放CO_2的循环次数进行检测,经过5次循环其吸附能力仍较强。     

低温焚烧稻壳灰的显微结构及其化学活性

对600℃焚烧的稻壳灰(rice husk ash,RHA)纳米尺度的显微结构进行了SEM/TEM(SAD)研究,首次发现稻壳灰由纳米尺度的SiO_2粒子(～50 nm)疏松地粘聚而成。稻壳灰结构中除了以往报道过的微米尺度的蜂窝孔外,还含有大量由SiO_2粒子非紧密粘聚而形成的纳米尺度孔隙(<50 nm)。纳米尺度的SiO_2粒子和纳米尺度的孔隙是低温稻壳灰具有巨大的比表面积和超高火山灰活性的根本原因。活性试验表明,低温稻壳灰火山灰活性超过造粒硅灰,对普通混凝土和高强混凝土都具有强烈的增强作用。当低温稻壳灰替代水泥量为10％～20％时,可提高高强混凝土抗压强度10 MPa以上。     

快速高温灼烧所得稻壳灰中黑色颗粒成因的研究

本文以在不同燃烧温度及时间下快速燃烧稻壳得到的稻壳灰为研究对象,运用扫描电镜、X射线能量色散谱仪及X射线衍射仪等测试仪器分别对不同稻壳灰的性质进行了测试分析,得到了稻壳灰中黑色颗粒形成的原因,并给出了制备具有活性稻壳灰的产业化方法。     

稻壳制备高性能材料研究进展

在分析了稻壳的组成、结构与形貌特点的基础上,综述了用稻壳为硅源制备高纯SiO2,SiO2气凝胶等,用稻壳为碳源制备高比表面积活性碳及其衍生材料等高性能材料,用稻壳制备纤维及其在制备有机无机复合材料方面的应用,提出了稻壳研究的发展方向.     

硅源对Cu/SiO_2催化剂催化对羟基苯乙酸乙酯加氢性能的影响

以正硅酸乙酯(TEOS)、硅酸钠(Na_2SiO_3·9H_2O)及硅溶胶(Si-sol)为硅源,采用共沉淀法制备了负载型Cu/SiO_2催化剂,并将其用于对羟基苯乙酸乙酯的加氢。通过XRD、N2物理吸附-脱附、H_2-TPR等手段研究了硅源对催化剂结构及反应性能的影响。结果表明,不同硅源制备的Cu/SiO_2催化剂中Cu物种存在形态及还原行为不同,进而使催化剂表现出不同的催化活性。以硅酸钠为硅源制备的Cu/SiO_2催化剂中CuO分散度高,且易被氢气还原为活性金属Cu,催化剂加氢活性最高,在反应原料25g、催化剂用量1.5g、氢气压力4MPa、反应温度170℃、反应时间15h的条件下,对羟基苯乙酸乙酯转化率达到99.5%,目标产物对羟基苯乙醇收率为99.3%。     

生物质灰制备分子筛的研究进展

在简述了生物质灰组成的基础上总结了近年国内外在生物质灰提取硅、合成沸石分子筛材料等方面的研究进展。对生物质灰进行酸处理,可以提高所制备的非晶态二氧化硅产品的纯度、比表面积、孔容;利用Na_2CO_3使生物质灰碳酸化,能提高SiO_2的产率,且因萃取剂可以循环使用而适用于大规模生产;将钡离子引入以生物质灰为原料合成的沸石中进行结构定向和改善结晶度,能提高其对苯胺的吸附能力;采用NaOH碱性水热法、微波辅助加热等技术将生物质灰改性为沸石,所得沸石能应用于含有碱性染料、苯胺等有毒物质的废水吸附以及CO_2的捕获。     

不同碳源对Li_2FeSiO_4/C正极材料电化学性能的影响

以草酸亚铁为铁源,正硅酸四乙酯为硅源,乙酸锂为锂源,葡萄糖、淀粉、柠檬酸和沥青分别为碳源,采用水热辅助溶胶-凝胶法制备了锂离子电池Li_2FeSiO_4/C复合正极材料,考察葡萄糖、淀粉、柠檬酸和沥青分别作为碳源对Li_2FeSiO_4/C电化学性能的影响。研究表明:沥青为碳源制备的Li_2FeSiO_4/C在0.1 C倍率下的首次放电比容量为114.1 m A·h/g,充放电平台相差最小,0.2,0.5,1,2 C倍率下比容量保持得最高,电化学阻抗最小,Li+扩散率最大。     

秸秆灰渣制备多孔莫来石陶瓷

为了综合利用秸秆灰渣,以水洗除杂预处理后秸秆灰渣为硅源,α-Al_2O_3粉为铝源,稻壳粉为造孔剂制备多孔莫来石陶瓷。探讨了烧成温度(1 250、1 300、1 350和1 400℃)、n(Al_2O_3)/n(SiO_2)(1. 0、1. 2、1. 5、1. 8和2. 0)、保温时间(2、3和4 h)对试样性能的影响。结果表明:当n(Al_2O_3)/n(SiO_2)从1. 0增加到1. 8时,烧结试样的抗弯强度增加79%,而显气孔率下降23%;当n(Al_2O_3)/n(SiO_2)大于1. 8时,抗弯强度有所降低。n(Al_2O_3) n(SiO_2)=1. 8,外加20%(w)稻壳粉,经1 350℃保温4 h反应烧结可一步制备出主晶相为莫来石的多孔陶瓷,其显气孔率为30. 24%,抗弯强度为45. 46 MPa。     

SiO_2气凝胶的制备及性能表征

以正硅酸乙酯(TEOS)为硅源,采用酸碱两步法来制备SiO_2气凝胶,从溶胶-凝胶反应原理出发,分别研究用水量、乙醇用量以及反应温度对凝胶时间的影响,从而确定溶胶-凝胶反应的基础配比。在此基础上,研究干燥化学控制剂用量对凝胶时间和开裂程度的影响,并采用多种材料分析手段对SiO_2气凝胶进行测试分析。结果表明,制备得到SiO_2气凝胶具有三维纳米多孔结构且无裂纹,比表面积576.64 m~2/g,接触角145°。     

低温Li_2O-ZnO-B_2O_3-Al_2O_3-SiO_2玻璃结合剂的研究

采用传统熔体冷却法制备了Li_2O-ZnO-B_2O_3-Al_2O_3-SiO_2玻璃,分析了玻璃的特征温度、探讨了与刚玉磨料的热膨胀匹配性,研究了烧成温度和保温时间对玻璃为结合剂的刚玉砂轮试样抗弯强度的影响,并对玻璃结合剂的高温析晶稳定性进行了分析。结果表明,以Li_2O-ZnO-B_2O_3-Al_2O_3-SiO_2玻璃具有较低的流动温度和与刚玉磨料相匹配的热膨胀率,以其为结合剂制备刚玉砂轮磨具适宜的烧成温度为750℃-790℃,保温时间以1-2 h为佳,所制备砂轮的抗弯强度可达45 MPa。该体系玻璃结合剂烧成时保温时间不宜过长,当保温时间达到8 h时将导致Li_(2.4)Mg_(0.8)SiO_4晶体的析出,从而降低磨具的强度。     

高温固相法合成Li_4Ti_5O_(12)及其电化学性能研究

以锐钛矿TiO_2和Li_2CO_3为原料,无水乙醇作为分散剂,采用高温固相法合成锂离子电池负极材料钛酸锂(Li_4Ti_5O_(12))。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、恒流充放电和电化学阻抗等方法对不同条件合成的材料结构、形貌及电化学性能进行表征。结果表明:最佳条件为煅烧温度750℃,煅烧时间16 h,可以制备出性能良好的纯相Li_4Ti_5O_(12)材料。在电压区间1~2.5 V范围内进行充放电,在0.5 C下,首次放电比容量为153.44 mAh/g,循环50次后,容量保持率为95.43%。在5 C大倍率下,放电比容量仍保持在108.64 mAh/g,材料表现出良好的循环性能和倍率性能。     

探讨正交试验法制备硅酸钠的工艺

利用稻壳灰与NaOH溶液反应制备硅酸钠。通过正交试验法研究NaOH溶液的浓度、液料比(NaOH溶液与稻壳灰的质量比)、反应温度以及反应时间等工艺条件对SiO_2溶出率的影响。正交试验结果分析表明,NaOH溶液的浓度为6mol/L、液料质量比为1∶4、反应时间为180min、反应温度70℃时,所制备的硅酸钠纯度可达8.161 8%。按此实验推断,在NaOH溶液的浓度为5mol/L、液料质量比为1∶4、反应时间为150min、反应温度70℃时,所制备的硅酸钠产量高达23.193 7g。     

锂离子电池负极材料Li4Ti4.9Ni0.1O12的制备及其电化学性能

以Li_2CO_3、TiO_2、Ni(CH_3COO)_2×4H_2O为原料,采用固相法制备尖晶石型Li_4Ti_(4.9)Ni_(0.1)O_(12)锂离子负极材料。通过X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)、恒流充放电测试以及交流阻抗等技术对材料进行了结构、形貌表征及电化学性能测试。结果表明,制备的Li_4Ti_(4.9)Ni_(0.1)O_(12)材料无杂相,颗粒大小均匀,在0.5 C下首次放电比容量为173.3 mA×h/g,库伦效率为97.4%,50次循环后,材料的放电比容量为163.4 mA×h/g,容量保持率为94.3%。     

溶胶-凝胶法制备Li_2ZrO_3纳米颗粒及其高温二氧化碳吸收性能

通过柠檬酸溶胶-凝胶法制备纳米级锆酸锂(Li_2ZrO_3)材料,利用扫描电子显微镜和X射线衍射仪对Li_2ZrO_3材料的形貌与结构进行表征,利用热重分析仪测试Li_2ZrO_3材料的高温CO_2吸收性能.结果表明,合成的Li_2ZrO_3材料具有良好的高温CO_2吸收性能.在CO_2分压为0.05 MPa、550℃、20min内吸收容量可达20%(质量分数);45 min内可达吸收平衡,平衡吸收量达27%(质量分数).经3次吸收解吸循环后其吸收性能没有明显下降,表明Li_2ZrO_3材料具有良好的稳定性.     

乙醇辅助氨基改性NCR-MCM-48分子筛的制备及其对Cr(Ⅵ)的吸附性能

以稻壳灰提纯出的硅胶为无机组装硅源,乙醇为辅助试剂,通过水热合成法制备了CR-MCM-48分子筛,并对其氨基改性接枝制备NCR-MCM-48介孔分子筛。实验探讨了硅钠比、晶化温度、晶化时间及乙醇含量对CR-MCM-48介孔结构和形貌的影响。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)、N_2吸附-脱附曲线和红外光谱(FT-IR)对合成材料进行了结构和形貌表征,并对NCR-MCM-48介孔材料吸附水溶液中Cr(Ⅵ)的性能进行了评价。结果表明,当物料摩尔比n(Si)∶n(CTAB)∶n(H_2O)∶n(NaOH)∶n(C_2H_5OH)=1.0∶0.65∶62∶0.625∶0.25,晶化温度为393 K,晶化时间为72 h,焙烧温度为823 K时,组装合成的CR-MCM-48介孔材料有序度最好。热力学分析结果表明,NCR-MCM-48对Cr(Ⅵ)的吸附是自发、吸热反应。在吸附温度为308 K、pH=2.0、吸附时间为150 min的条件下,NCR-MCM-48吸附剂对Cr(Ⅵ)的最大吸附容量为88.9 mg·g~(-1)。     

Li_4GeO_4-Zn_2GeO_4系统的相关系与离子传导

研究了Li_4GeO_4-Zn_2GeO_4系统的相关系、离子传导性以及中间相的稳定性和合成条件等。在Li_4GeO_4-Zn_2GeO_4系统中存在一个化合物Li_2ZnGeO_4和Li_(4-2x)Zn_xGeO_4固溶体,其组成范围为x=0.25～0.50。Li_(14)Zn(GeO_4)_4固溶体是这个系统中电导性能最好的组成,它还兼有烧结温度低、制备方便等优点。但Li_(14)Zn(GeO_4)_4固溶体不稳定,在空气中对CO_2和H_2O很敏感。