普魯士藍的制備的一種方法,佳美機械梅工18540392279
能源問題是如今社會發(fā)展不可或缺的部分。石油、煤炭等傳統(tǒng)化石能源由于具有不可再生性和使用過程中的污染問題,成為了如今社會發(fā)展所面臨的難題,從而利用和發(fā)展可再生資源,構(gòu)件新能源格局,成為了社會發(fā)展的必然趨勢。但是,太陽能、潮汐能等清潔能源具有來源不穩(wěn)定及受地域限制明顯等缺陷,從而無法高效運用于實際生產(chǎn)、生活中。因此,規(guī)?;瘍δ芗夹g(shù)的發(fā)展也成為了必然趨勢,開發(fā)壽命長、容量高、循環(huán)性能好、安全無污染的新型儲能器件引起了廣泛關(guān)注。在現(xiàn)有儲能技術(shù)中,電化學(xué)儲能技術(shù)成為了發(fā)展主流。
鋰離子電池具有電壓高、能量密度高、功能密度高、自放電小等優(yōu)點而得到迅速發(fā)展,在便攜式儲能領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。負極材料是鋰離子電池儲能的關(guān)鍵材料,目前,石墨基材料作為鋰離子電池負極材料已經(jīng)實現(xiàn)了工業(yè)化,但鑒于石墨材料有限的理論容量和較差的循環(huán)穩(wěn)定性,現(xiàn)需要尋求和發(fā)展高比容量的新型負極材料。
相比于傳統(tǒng)負極材料,普魯士藍及其類似物近年來在電極裝飾材料、儲能等領(lǐng)域嶄露頭角。目前,以普魯士藍材料為代表的無機-有機材料,具有特殊的三維開框架結(jié)構(gòu)和納米多孔結(jié)構(gòu),適合堿金屬離子的容納以及快速遷移,具有優(yōu)良的循環(huán)壽命,從而作為極具潛力的電極材料成為研究熱點。
類普魯士藍材料,因其所具有的原料來源廣泛、可調(diào)性強、可持續(xù)發(fā)展等優(yōu)點而具有作為電極材料的重要研究價值。眾多的研究表明,材料的微觀形貌會影響甚至決定其在實際應(yīng)用中的性能。
傳統(tǒng)制備普魯士藍類似物工藝中,一般采用兩步合成法,先形核生長獲得實心立方體形貌的普魯士藍類似物,再通過酸堿刻蝕獲得鏤空的微觀形貌。
普魯士藍,即苯砜,是一種經(jīng)典的合成色料,由于其具有優(yōu)良的物理性能和化學(xué)性能以及出色的染料性能而受到廣大科研工作者的青睞。因此,普魯士藍的制備方法一直是化學(xué)家、紡織工程師和染料工程師研究的重點,以提供更高效地制備和使用此材料。
普魯士藍的制備基本上分為兩種方法:減氧制備法和加氧制備法。
減氧制備法主要采用有機物作為原料,流程比較簡單,常見的原料如乙酸、硫酸重碳酸等,把有機物在堿性環(huán)境中將其還原為普魯士藍。
而加氧制備法則采用非有機物質(zhì)作為原料,把堿金屬、堿土金屬還原后,在低溫下通過氧化反應(yīng),將其轉(zhuǎn)化為普魯士藍。
減氧制備法中,主要原料采用乙酸和硫酸重碳酸等有機化合物,在高溫(100-150℃)的堿液中進行反應(yīng),將乙酸與硫酸重碳酸發(fā)生反應(yīng),形成硫酸碳酸,最終得到普魯士藍。在反應(yīng)過程中,需要加入抑制劑,以防止有機物的偶聯(lián)反應(yīng),影響普魯士藍的純度。在加氧制備法中,所采用的原料是非有機物,如堿金屬、堿土金屬,在低溫條件下,將這些物質(zhì)還原后,然后形成了苯磺酸,由于苯磺酸在酸性環(huán)境中很容易氧化,因此,又一次低溫氧化反應(yīng),可以得到普魯士藍。
在兩種方法中,減氧制備法的優(yōu)點是:原料的度高,反應(yīng)件要求低;而加氧制備法的優(yōu)點是:反應(yīng)過程有更高的效率,可以獲得更高度的普魯士藍。不論使用哪種方法,制備出來的普魯士藍都要經(jīng)過收稿精制操作,過濾、離心、蒸發(fā)等工藝,細磨、精制,確保普魯士藍最終產(chǎn)品的度和性能。