CN112093807B - 一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法 - 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。针对卤化硼酸锂传统的合成方法成本高、工艺复杂、能耗大等问题,本发明公开了一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法。所述方法以硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质为原料,通过加热的方法,合成了纯相卤化硼酸锂。本发明所述的卤化硼酸锂的合成方法具有成本低、工艺简单、环境友好、易于工业化的生产特点。
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
卤化硼酸锂是一种氧化物,属于立方晶系,有较高的离子电导率,在空气和水中不发生反应。目前,卤化硼酸锂的主要合成方法是水热法[K. Byrappa and K. V. K.Shekar, J. Mater. Res., 8 , 864870 (1993).]和溶胶-凝胶法[T. Nagase, K. Sakaneand H. Wada, J. Sol-Gel Sci. Technol., 13 , 223227 (1998).]。然而,这些方法合成路线复杂,不适合工业化生产。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,探究一种工艺简单,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,在一定温度下,硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质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,或者它们的任意混合) (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,具体为一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,其合成方法包括以下步骤:
(1)在惰性气氛保护下,将一定比例的硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质混合后装入球磨罐中并密封;
(2)将球磨罐装在球磨机上,并以一定转速球磨一定时间,使物料混合均匀;
(3)在惰性气氛中,将步骤(2)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;
(4)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)中硼酸、卤化锂与含锂物质均为无水试剂。
所述步骤(1)中硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质的摩尔比为4:3:1:(0-2)。
所述步骤(1)中含锂物质为氢化锂,或氢氧化锂与氢化锂的混合物。
所述步骤(1)中含锂物质为氢氧化锂与氢化锂的混合物时,氢氧化锂与氢化锂摩尔比为1:(1-3)。
所述步骤(2)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(3)中,加热的温度为350-800℃,保温时间为1-100h。
步骤(1)和(3)中所述惰性气氛为氩气或氦气中的任意一种或多种,或其他不与反应物和生成物发生反应的气体。
所述步骤(4)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,或者它们的任意混合) (x=0~2)反应的化学方程式如下所示:
[1] 4H3BO3+3LiBH4+LiY+(x/2)LiOH+(x/2)LiH→Li4+xB7O12+x/2Y+(12+(x/2))H2
本发明与现有技术相比,其有益效果主要体现在:
本发明中利用硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质在加热下生成卤化硼酸锂,成本低廉,环境友好,易于工业化实施。
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,将硼酸、硼氢化锂与氯化锂以摩尔比4:3:1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10 h。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,将硼酸、硼氢化锂、氯化锂、氢氧化锂与氢化锂以摩尔比8:6:2:1:1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48h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10 h。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,将硼酸、硼氢化锂、氯化锂与氢化锂以摩尔比4:3:1:0.4装入密封的球磨罐中,以质量比为60:1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1 h。待反应结束降至室温后,即可得到Li4.4B7O12Cl粉体。
实施例4
在氦气气氛保护下,将硼酸、硼氢化锂、氯化锂、溴化锂、氢氧化锂与氢化锂以摩尔比8:6:1.4:0.6:1:1装入密封的球磨罐中,以质量比为70:1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,将硼酸、硼氢化锂与溴化锂以摩尔比4:3:1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2h均匀混合。将均匀混合的物料转移至密封反应器,加热至500℃并保温20h。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,将硼酸、硼氢化锂与碘化锂以摩尔比4:3:1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10 h。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,将硼酸、硼氢化锂、氯化锂、氢氧化锂与氢化锂以摩尔比8:6:2:1:3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10 h。待反应结束降至室温后,即可得到Li5B7O12.5Cl粉体。
Claims (6)
1.一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,其特征在于,包括如下步骤:
(1)在惰性气氛保护下,将一定比例的硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质混合后装入球磨罐中并密封;
(2)将球磨罐装在球磨机上,以一定转速球磨一定时间,使物料混合均匀;
(3)在惰性气氛中,将步骤(2)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;
(4)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(1)中含锂物质为氢化锂,或氢氧化锂与氢化锂的混合物;
所述步骤(1)中硼酸、硼氢化锂、卤化锂与含锂物质的摩尔比为4:3:1:(0-2);
所述步骤(3)中,加热的温度为350-800℃,保温时间为1-100h;
所述步骤(4)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。
2.如权利要求1所述的一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,其特征在于,所述步骤(1)中硼酸、卤化锂与含锂物质均为无水试剂。
3.如权利要求1所述的一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,其特征在于,所述步骤(1)中含锂物质为氢氧化锂与氢化锂的混合物时,氢氧化锂与氢化锂摩尔比为1:(1-3)。
4.如权利要求1所述的一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,其特征在于,所述步骤(2)中球磨的球料比为(10-80):1,球磨转速为100-500rpm/min,球磨时间为2-100h。
5.如权利要求1所述的一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,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。
6.如权利要求1所述的一种利用硼酸合成卤化硼酸锂的方法,其特征在于,所述卤化硼酸锂的合成反应化学方程式为:4H3BO3+3LiBH4+LiY+(x/2)LiOH+(x/2)LiH→Li4+xB7O12+x/ 2Y+(12+(x/2))H2。
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