CN112093806B - 一种卤化硼酸锂的合成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于新材料合成领域，主要涉及一种卤化硼酸锂的合成方法。传统的卤化硼酸锂合成方法需要较高的反应温度和压力条件，且会产生较多的副产物，未能生成纯相多晶的卤化硼酸锂材料。针对上述问题，本发明公开了一种卤化硼酸锂的合成方法。所述方法以氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂为原料，通过加热的方法，合成了纯相多晶卤化硼酸锂粉体。本发明所述的卤化硼酸锂的合成方法是一种新型、高效、环境友好的合成方法，适于工业化生产。
Description
技术领域
本发明属于新材料合成领域，主要涉及一种卤化硼酸锂的合成方法。
背景技术
卤化硼酸锂是一种无机化合物，属于立方晶系，在空气中稳定，不溶于水。在以前的工作中，主要通过水热法[K.Byrappa and K.V.K.Shekar,J.Mater.Res.,8,864-870(1993).]、助熔剂合成法[Jeitschko,W.；Bither,T.A.Notizen LithiumHalogenoboracites the Crystal Structures of Li4B7O12Cl.Z.Naturforsch.Chem.Sci.1972,27,1423-1423.]和溶胶-凝胶法[Nagase,T.；Sakane,K.；Wada,H.ElectricalProperties of Polycrystalline Lithium Chloroboracite Prepared by the Sol-GelMethod.Sol-Gel Sci.Technol.1998,13,223-227.]合成卤化硼酸锂晶体。但是，水热反应合成卤化硼酸锂需要超过100bar的压力，助熔剂合成法和溶胶-凝胶法需要超过700℃的高温。此外，传统方法会产生副产物Li2B4O7，未能生成卤化硼酸锂的纯相多晶材料。
因此，探究一种新型、高效、环境友好的卤化硼酸锂合成方法具有重要意义。
发明内容
本发明目的是为了提供一种高效、低成本、环境友好、易于工业化生产的合成卤化硼酸锂的新方法。所述的一种卤化硼酸锂的合成方法是，在一定的温度下，氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂反应能合成纯相多晶卤化硼酸锂材料，其化学成分为Li4+xB7O12+x/2Y(Y＝Cl,Br,I，或其任意混合)(x＝0～2)。
下面对本发明的技术方案做具体说明。
本发明所述的卤化硼酸锂合成方法主要采用加热的方法实现，具体为一种卤化硼酸锂的合成方法，其合成方法包括以下步骤：
(1)在惰性气氛保护下，将一定比例的氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂装入密封的球磨罐中，通过机械球磨均匀混合；
(2)在惰性气氛下，将步骤(1)均匀混合的物料转移至密封反应器，将反应器内的混合物加热至一定温度并保温一段时间；
(3)待反应结束降至室温后，即可得到卤化硼酸锂粉体。
所述步骤(1)中氧化硼、卤化锂与氢氧化锂均为无水试剂。
所述步骤(1)中机械球磨混合的条件为：球料比为(10-80):1，球磨转速为100-500rpm/min，球磨时间为2-100h。
所述步骤(1)中氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂的摩尔比为7:3:2:(3～7)或7:4:2:(4～6)。
所述步骤(2)中，加热的温度为350-800℃，保温时间为1-100h。
步骤(1)和(2)中所述惰性气氛为氩气或氦气中的任意一种或两种，或其他不与反应物和生成物发生反应的气体。
所述步骤(3)中卤化硼酸锂的成分为Li4+xB7O12+x/2Y，其中Y为Cl、Br、I的任意一种或多种，x＝0～2。
本发明中，所述的“室温”在0-40℃左右。
本发明中，合成卤化硼酸锂材料Li4+xB7O12+x/2Y(Y＝Cl,Br,I，或其任意混合)(x＝0～2)反应的化学方程式如下所示：
3.5B2O3+LiY+(1.5+x/2)LiOH+(1.5+x/2)LiH→Li4+xB7O12+x/2Y+(1.5+x/2)H2
本发明与现有技术相比，其有益效果主要体现在：
本发明中利用氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂在加热下生产卤化硼酸锂，是一种资源合理利用的环保行为，具有操作简便、环境友好、易于工业化实施的优势。
附图说明
图1是实施例1的反应产物的X射线衍射图。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案作进一步说明，但本发明的保护范围不限于此。
实施例1
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、氯化锂与氢化锂以摩尔比7:3:2:3装入密封的球磨罐中，以质量比为40:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨12h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至600℃并保温10h。待反应结束降至室温后，即可得到Li4B7O12Cl粉体，X射线衍射图见图1。
实施例2
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、氯化锂与氢化锂以摩尔比7:4:2:4装入密封的球磨罐中，以质量比为80:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨12h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至600℃并保温10h。待反应结束降至室温后，即可得到Li5B7O12.5Cl粉体。
实施例3
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、氯化锂与氢化锂以摩尔比7:3:2:4装入密封的球磨罐中，以质量比为70:1的球料比，通过100rpm/min转速，机械球磨100h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至800℃并保温1h。待反应结束降至室温后，即可得到Li4.5B7O12Cl粉体。
实施例4
在氦气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、氯化锂、溴化锂与氢化锂以摩尔比7:4:1.4:0.6:4装入密封的球磨罐中，以质量比为50:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨2h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至350℃并保温100h。待反应结束降至室温后，即可得到Li5B7O12.5Cl0.7Br0.3粉体。
实施例5
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、溴化锂与氢化锂以摩尔比7:3:2:3装入密封的球磨罐中，以质量比为10:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨12h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至600℃并保温10h。待反应结束降至室温后，即可得到Li4B7O12Br粉体。
实施例6
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、碘化锂与氢化锂以摩尔比7:3:2:3装入密封的球磨罐中，以质量比为40:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨12h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至600℃并保温10h。待反应结束降至室温后，即可得到Li4B7O12I粉体。
实施例7
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、氯化锂与氢化锂以摩尔比7:4:2:6装入密封的球磨罐中，以质量比为40:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨12h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至600℃并保温10h。待反应结束降至室温后，即可得到Li5B7O12.5Cl粉体。
实施例8
在氩气气氛保护下，将氧化硼、氢氧化锂、氯化锂与氢化锂以摩尔比7:3:2:7装入密封的球磨罐中，以质量比为60:1的球料比，通过500rpm/min转速，机械球磨12h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器，加热至600℃并保温10h。待反应结束降至室温后，即可得到Li4B7O12Cl粉体。
Claims (5)
1.一种卤化硼酸锂的合成方法，其特征在于包括如下步骤：
（1）在惰性气氛保护下，将一定比例的氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂装入密封的球磨罐中，通过机械球磨均匀混合；
（2）在惰性气氛下，将步骤（1）均匀混合的物料转移至密封反应器，将反应器内的混合物加热至一定温度并保温一段时间；
（3）待反应结束降至室温后，得到卤化硼酸锂粉体；
其中，所述步骤（3）中卤化硼酸锂的成分为Li4+xB7O12+x/2Y，其中Y为 Cl、Br、I的任意一种或多种，x=0~2；
所述步骤（1）中氧化硼、氢氧化锂、卤化锂与氢化锂的摩尔比为7:3:2:(3 ~ 7)或7:4:2:(4 ~ 6)；
所述步骤（2）中，加热的温度为350-800℃，保温时间为1-100 h。
2.如权利要求1所述的一种卤化硼酸锂的合成方法，其特征在于所述步骤（1）中氧化硼、卤化锂与氢氧化锂均为无水试剂。
3.如权利要求1所述的一种卤化硼酸锂的合成方法，其特征在于所述步骤（1）中机械球磨混合的条件为：球料比为(10-80):1，球磨转速为100-500 rpm/min，球磨时间为2-100 h。
4.如权利要求1所述的一种卤化硼酸锂的合成方法，其特征在于所述惰性气氛为氩气或氦气的任意一种或多种。
5.如权利要求1所述的一种卤化硼酸锂的合成方法，其特征在于，所述卤化硼酸锂的合成反应化学方程式为：3.5B2O3+LiY+(1.5+x/2)LiOH+(1.5+x/2)LiH→Li4+xB7O12+x/2Y+(1.5+x/2)H2。
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