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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