Proszek bizmutujest proszkiem metali nieżelaznych, a jego wygląd jest jasnoszary. Ma szeroki zakres zastosowań i jest używany głównie do wytwarzania produktów bizmutu, stopów bizmutu i związków bizmutu. Zasoby bizmutu w Chinach zajmują pierwsze miejsce na świecie, aw Chinach znajduje się ponad 70 kopalni bizmutu, co czyni Chiny wiodącym światowym liderem w dziedzinie bizmutu. Jako bezpieczny „zielony metal” bizmut jest obecnie stosowany nie tylko w przemyśle farmaceutycznym, ale także szeroko stosowany w półprzewodnikach, nadprzewodnikach, środkach zmniejszających palność, pigmentach, kosmetykach i innych dziedzinach. Oczekuje się, że zastąpi toksyczne pierwiastki, takie jak ołów, antymon, kadm i rtęć. Ponadto bizmut jest metalem o najsilniejszym diamagnetyzmie. Pod wpływem pola magnetycznego rezystywność wzrasta, a przewodność cieplna maleje. Ma również dobre perspektywy zastosowania w termoelektryczności i nadprzewodnictwie.
Tradycyjne metody produkcji
proszek bizmutuobejmują metodę mgły wodnej, metodę atomizacji gazu i metodę mielenia kulowego; gdy metoda mgły wodnej jest rozpylana i suszona w wodzie, bizmut łatwo utlenia się ze względu na dużą powierzchnię proszku bizmutu; W normalnych warunkach kontakt bizmutu z tlenem również łatwo powoduje duże utlenianie; obie metody powodują wiele zanieczyszczeń, nieregularny kształt proszku bizmutu i nierównomierny rozkład cząstek. Metoda mielenia kulowego polega na sztucznym młotkowaniu wlewków bizmutu stalą nierdzewną do ziaren bizmutu o średnicy ≤ 10 mm lub hartowaniu bizmutu wodą. Następnie cząstki bizmutu wchodzą do środowiska próżniowego, a młyn kulowy wyłożony kauczukiem ceramicznym zostaje sproszkowany. Chociaż ta metoda polega na mieleniu kulowym w próżni, z mniejszym utlenianiem i niskimi zanieczyszczeniami, jest pracochłonna, czasochłonna, ma niską wydajność, jest kosztowna, a cząstki są tak grube, jak 120 mesh. wpływać na jakość produktu. Patent na wynalazek CN201010147094.7 zapewnia metodę produkcji ultradrobnego proszku bizmutu, który jest wytwarzany w mokrym procesie chemicznym, z dużą zdolnością produkcyjną, krótkim czasem kontaktu między całym procesem produkcyjnym a tlenem, niskim stopniem utleniania, mniejszą ilością zanieczyszczeń i zawartością tlenu w proszek bizmutu wynosi 0 <0,6, równomierny rozkład cząstek; wielkość cząstek -300 mesh.
Schemat techniczny niniejszego wynalazku jest następujący:
1) Przygotuj roztwór chlorku bizmutu: uzyskaj roztwór podstawowy chlorku bizmutu o gęstości 1,35-1,4 g/cm3, dodaj zakwaszony czysty wodny roztwór zawierający 4%-6% kwasu solnego; stosunek objętości zakwaszonego czystego roztworu wodnego do podstawowego roztworu chlorku bizmutu wynosi 1:1-2;
2) Synteza: do przygotowanego roztworu chlorku bizmutu dodać wlewki cynkowe, których powierzchnia została oczyszczona; rozpocząć reakcję przemieszczenia; obserwować punkt końcowy reakcji, po osiągnięciu punktu końcowego reakcji wyjąć nierozpuszczone wlewki cynkowe i wytrącać przez 2-4 godziny; Podstawą obserwacji i oceny opisywanego punktu końcowego reakcji jest: powstanie pęcherzyka w roztworze biorącym udział w reakcji;
3) Separacja
proszek bizmutu: ekstrahować supernatant osadu w etapie 2) i odzyskać cynk konwencjonalnymi sposobami; pozostały wytrącony proszek bizmutu miesza się i przemywa 5-8 razy zakwaszonym czystym wodnym roztworem zawierającym 4%-6% kwasu chlorowodorowego, a następnie przemywa czystym. Sproszkowany bizmut przemywa się wodą do zobojętnienia; po szybkim wysuszeniu proszku bizmutu za pomocą wirówki, natychmiast namocz proszek bizmutu absolutnym etanolem, a następnie wysusz;
4) Suszenie: Wyślij proszek bizmutu poddany obróbce w etapie 3) do suszarki próżniowej w temperaturze 60 ± 1°C w celu wysuszenia w celu uzyskania gotowego proszku bizmutu o rozmiarze -300 mesh.
Zgodnie z proszkiem bizmutu wytworzonym powyższym sposobem, jego zaletą jest to, że czystość otrzymanego produktu wynosi aż 99%; wielkość cząstek jest ultradrobna, do -300 mesh, a skład chemiczny proszku bizmutu otrzymanego według niniejszego wynalazku jest mierzony: Bi>99, Fe<0,1, O<0,5, BiO<0,1, Cr<0,01, Cu< 0,01, Si<0,02, inne zanieczyszczenia <0,18; jednocześnie, ze względu na proces wymiany wlewka cynku, reakcja chemiczna obejmuje jedynie rozpuszczanie cynku i wytrącanie bizmutu, unikając dużej ilości chemikaliów. Wady gazu zmniejszają zanieczyszczenie środowiska i szkody dla ludzkiego ciała. W porównaniu ze stanem techniki, cały proces według niniejszego wynalazku jest w kontakcie z powietrzem tylko przez krótki czas podczas suszenia w wirówce, a inne procesy mają ciecz reakcyjną lub absolutny etanol lub izolację próżni i tlenu, więc szybkość utleniania jest niska .
aplikacja [2]
Istniejące technologie umożliwiają przygotowanie niskowymiarowych materiałów nanobizmutowych o różnych kształtach, nanodrutów bizmutowych, nanorurek bizmutowych itp., ale nie ma powiązanej technologii przygotowania dwuwymiarowego ultracienkiego materiału bizmutenu. Jednym z powodów może być to, że prekursory bizmutu lub warunki syntezy hydrotermalnej są trudne do kontrolowania. Wiele materiałów heksagonalnych składa się z materiałów dwuwymiarowych ułożonych w stos, tworząc makroskopową strukturę krystaliczną, a wiązania chemiczne w płaszczyźnie materiałów dwuwymiarowych są bardzo silne, a oddziaływanie van der Waalsa między warstwami jest bardzo słabe, co sprawia, że dwu- materiały wymiarowe pokonują warstwę różnymi metodami. Dwuwymiarowe nanocząsteczki uzyskuje się przez złuszczanie z odpowiadających im materiałów sypkich ze względu na słabą siłę oddziaływania między nimi. Na tym etapie technologia wykorzystywania stopów o dużej pojemności właściwej i stabilnej cyrkulacji jako elektrod ujemnych osiągnęła wąskie gardło. Zbadano złuszczanie fazy ciekłej grafenu i czarnego fosforu. Chociaż fosforen ma dużą pojemność, fosfor bardzo łatwo utlenia się w powietrzu. Boi się tlenu i wody.
Patent na wynalazek CN201710588276 zapewnia sposób wytwarzania dwuwymiarowego bizmutenu i baterii litowo-jonowej. Proszek bizmutu dodaje się do rozpuszczalnika odpędzającego i poddaje wibracjom ultradźwiękowym przez określony czas w celu uzyskania mieszanego rozpuszczalnika, a nieodpędzony proszek bizmutu w mieszanym rozpuszczalniku usuwa się przez odwirowanie w celu uzyskania Supernatantu otrzymano, a dwuwymiarowy bizmuten przygotowano przez złuszczanie w fazie płynnej. Proces przygotowania był prosty, a otrzymany dwuwymiarowy bizmuten miał dużą pojemność właściwą objętościową i stabilność cyklu. Aby osiągnąć powyższy cel, sposób wytwarzania obejmuje następujące etapy:
(1) Dodać proszek bizmutu do rozpuszczalnika do obierania i wibrować ultradźwiękami przez określony czas. Podczas procesu wibracji ultradźwiękowych proszek bizmutu jest częściowo łuszczony na płatki pod działaniem rozpuszczalnika złuszczającego, tak aby uzyskać mieszany bizmuten o płatkowatym kształcie. rozpuszczalnik;
(2) odwirowanie w celu usunięcia nieodpędzonego proszku bizmutu w mieszanym rozpuszczalniku w celu uzyskania supernatantu, który zachowuje przypominający arkusze bizmuten;
(3) Otrzymany supernatant poddaje się odśrodkowemu suszeniu próżniowemu w celu uzyskania przypominającego arkusz dwuwymiarowego bizmutenu.
Ogólnie rzecz biorąc, w porównaniu ze stanem techniki dzięki powyższym rozwiązaniom technicznym opracowanym przez niniejszy wynalazek, sposób wytwarzania dwuwymiarowego bizmutenu i akumulatora litowo-jonowego zapewniany przez niniejszy wynalazek ma głównie następujące korzystne efekty:
1. dodanie proszku bizmutu do rozpuszczalnika do usuwania i wibrowanie ultradźwiękami przez określony czas w celu uzyskania mieszanego rozpuszczalnika, odwirowanie w celu usunięcia nieodpędzonego proszku bizmutu w mieszanym rozpuszczalniku w celu uzyskania supernatantu i przygotowanie dwuwymiarowego bizmutenu przez odpędzanie fazy ciekłej, proces wytwarzania jest prosty, a otrzymany dwuwymiarowy bizmuten ma dużą pojemność właściwą objętościową i stabilność cyklu;
2. Akumulator litowo-jonowy wykorzystujący dwuwymiarowy bizmuten jako materiał elektrody jest ładowany i rozładowywany stałym prądem o gęstości prądu 0,5C (1883mA/cm3, 190mA/g). Po 150 cyklach nadal zachowuje około 90% swojej początkowej pojemności. Dobra charakterystyka cyklu;
3. Grubość dwuwymiarowego bizmutenu wynosi od 3 do 5 nanometrów. Eksperymenty wykazały, że pojemność objętościowa dwuwymiarowego bizmutenu prawie nie ma oczywistego tłumienia przy różnych gęstościach prądu i ma dobrą wydajność.
