CN115057456A - 一种大规模制备普鲁士蓝的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种大规模制备普鲁士蓝的方法。该方法包括：(1)取铁氰化钠、柠檬酸钠和表面活性剂，溶于去离子水，得第一前驱液；(2)取铁盐和钠盐，溶于去离子水，得第二前驱液；(3)在持续搅拌、加热的条件下，将所述第二前驱液以恒定速率滴入所述第一前驱液中，其中，搅拌转速为350～550rpm/min，加热温度为70～90℃，滴加速率为1～3mL/min；(4)滴加结束后，保持搅拌、加热2～4h，室温下静置陈化25～70h；(5)固液分离，取固体，洗涤，干燥。本发明提供的大规模制备普鲁士蓝的方法，能够在保证高钠含量与高结晶度的情况下，显著提升普鲁士蓝的产量，能够实现普鲁士蓝的大规模生产。
Description
技术领域
本发明涉及电化学技术领域，具体涉及一种大规模制备普鲁士蓝的方法。
背景技术
由于钠资源具有含量丰富、分布广泛且价格低廉等优点，因此钠离子电池的开发和发展逐渐受到业界的广泛关注。其中，普鲁士蓝作为金属有机框架材料，是一种具有可调控的化学组成和物理性质的简单配位聚合物，其具有三维开放框架结构和较大的离子通道，以及比容量高、成本低、制备易、环境友好等特点，是一种具有潜力的钠离子电池的正极材料。然而，该材料的合成产率较低，不适于大规模生产，限制了其实际应用。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中的普鲁士蓝的合成产率较低，不适于大规模生产的缺陷，从而提供一种大规模制备普鲁士蓝的方法。
为此，本发明提供一种大规模制备普鲁士蓝的方法，包括：
(1)取铁氰化钠、柠檬酸钠和表面活性剂，溶于去离子水，得第一前驱液；
(2)取铁盐和钠盐，溶于去离子水，得第二前驱液；
(3)在持续搅拌、加热的条件下，将所述第二前驱液以恒定速率滴入所述第一前驱液中，其中，搅拌转速为350～550rpm/min，加热温度为70～90℃，滴加速率为1～3mL/min；
(4)滴加结束后，保持搅拌、加热2～4h，室温下静置陈化25～70h；
(5)固液分离，取固体，洗涤，干燥。
可选的，步骤(1)所得第一前驱液中，铁氰化钠浓度为0.1～0.3mol/L，柠檬酸钠浓度为2～3.5mol/L。
可选的，步骤(1)中，所述表面活性剂选自1，4-丁炔二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
可选的，步骤(2)中，所述铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁中的至少一种。
可选的，所述第二前驱液中，所述铁盐浓度为0.05～0.15mol/L。
可选的，所述步骤(5)中，所述洗涤为依次利用离子水和无水乙醇进行洗涤。
可选的，所述步骤(5)中，所述干燥为真空干燥，干燥温度为110～130℃，干燥时长为15～40h。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明提供的大规模制备普鲁士蓝的方法，首先，通过选用柠檬酸钠，能够提高反应体系中的钠含量，为普鲁士蓝的制备提供富钠环境并降低反应动力学；其次，通过添加表面活性剂，一方面能够引导普鲁士蓝生长，缓解因为柠檬酸钠浓度过高导致的产物粒径较少、分布不均等问题，另一方面能够提升柠檬酸钠溶解度，进一步为普鲁士蓝的制备提供极限富钠环境与络合能力，极大程度抑制Fe2+的释放，使得反应动力学进一步下降，更有利于合成大粒径、高结晶度的产物；再者，通过在特定的搅拌转速和温度条件下，以特定的滴加速度将第二前驱液滴入第一前驱液中，能够保证反应温度恒定、反应原料充分接触，确保反应始终在适宜条件下充分进行。
因此，本发明提供的大规模制备普鲁士蓝的方法，能够在保证高钠含量与高结晶度的情况下，显著提升普鲁士蓝的产量，能够实现普鲁士蓝的大规模生产。
本发明的其他特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例2制备的普鲁士蓝样品的扫描电镜图；
图2是本发明对比例1制备的普鲁士蓝样品的扫描电镜图。
具体实施方式
提供下述实施例是为了更好地进一步理解本发明，并不局限于所述最佳实施方式，不对本发明的内容和保护范围构成限制，任何人在本发明的启示下或是将本发明与其他现有技术的特征进行组合而得出的任何与本发明相同或相近似的产品，均落在本发明的保护范围之内。
实施例中未注明具体实验步骤或条件者，按照本领域内的文献所描述的常规实验步骤的操作或条件即可进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规试剂产品。
以下实施例和对比例中，进行扫描电镜观察时使用的扫描电镜为QUANTA FEG250，购自科视达(中国)有限公司；蓝电电池测试仪(LAND CT2001A)购自武汉市蓝电电子有限公司。
实施例1
本实施例提供一种大规模制备普鲁士蓝的方法，包括如下步骤：
(1)将2mol Na4Fe(CN)6·10H2O，11.77kg柠檬酸钠和200g 1，4-丁炔二醇加入20L去离子水中，在70℃下磁力搅拌得到透明均匀的第一前驱液；
(2)将1mol FeSO4与11.77kg柠檬酸钠溶于20L去离子水中，得第二前驱液；
(3)始终保持70℃及550rpm/min的磁力搅拌，将第二前驱液以1mL/min的速率缓慢滴入第一前驱液中；
(4)滴加完全后，保持恒温搅拌4h，随后室温静置陈化25h；
(5)陈化结束后，抽滤得到相应沉淀物，并依次使用去离子水与无水乙醇洗涤，后在110℃下真空干燥40h，得铁基普鲁士蓝样品。
本实施例所得普鲁士蓝样品0.52kg，产率为41.8％。
实施例2
本实施例提供一种大规模制备普鲁士蓝的方法，包括如下步骤：
(1)将4mol Na4Fe(CN)6·10H2O，14.7kg柠檬酸钠和200g聚乙烯吡咯烷酮加入20L去离子水中，在80℃下磁力搅拌得到透明均匀的第一前驱液；
(2)将2mol FeSO4与14.7kg柠檬酸钠溶于20L去离子水中，得第二前驱液；
(3)始终保持80℃及500rpm/min的磁力搅拌，将第二前驱液以2ml/min的速率缓慢滴入第一前驱液中；
(4)滴加完全后，保持恒温搅拌3h，随后室温静置陈化40h；
(5)陈化结束后，抽滤得到相应沉淀物，并依次使用去离子水与无水乙醇洗涤，后在120℃下真空干燥24h，得铁基普鲁士蓝样品。
本实施例所得普鲁士蓝样品1.09kg，产率为43.8％。
对本实施例制备的普鲁士蓝样品进行电镜扫描，所得扫描电镜图如图1所示，由图1可以看出，所得产物呈现立方体结构，平均颗粒尺寸在4μm左右，不同小颗粒之间相互吸引，并在边界处融合，这使得颗粒尺寸进一步增大，有利于工业化分离与浆料涂覆。同时，颗粒表面形成多层堆叠的台阶形貌，这极大提高了材料的比表面积，促进了载流子在表面的交换，提高充放电过程中的动力学性能。
实施例3
本实施例提供一种大规模制备普鲁士蓝的方法，包括如下步骤：
(1)将6mol Na4Fe(CN)6·10H2O，17.65kg柠檬酸钠和200g聚乙烯醇加入20L去离子水中，在90℃下磁力搅拌得到透明均匀的第一前驱液；
(2)将3mol FeSO4与17.65kg柠檬酸钠溶于20L去离子水中，得第二前驱液；
(3)始终保持90℃及350rpm/min的磁力搅拌，将第二前驱液以3mL/min的速率缓慢滴入第一前驱液中；
(4)待滴加完全后，保持恒温搅拌2h，随后室温静置陈化70h；
(5)陈化结束后，抽滤得到相应沉淀物，并依次使用去离子水与无水乙醇洗涤，后在130℃下真空干燥15h，得铁基普鲁士蓝样品。
本实施例所得普鲁士蓝样品1.58kg，产率为42.3％。
对比例1
按照实施例2的方法制备普鲁士蓝，不同的是，本对比例操作(1)中不加入表面活性剂聚乙烯吡咯烷酮。
本对比例所得普鲁士蓝样品0.97kg，产率为39.0％。
对本对比例制备的普鲁士蓝样品进行电镜扫描，所得扫描电镜图如图2所示，由图2可以看出，所得产物呈现规则立方体状，粒径在3μm左右。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (7)
1.一种大规模制备普鲁士蓝的方法，其特征在于，包括：
(1)取铁氰化钠、柠檬酸钠和表面活性剂，溶于去离子水，得第一前驱液；
(2)取铁盐和钠盐，溶于去离子水，得第二前驱液；
(3)在持续搅拌、加热的条件下，将所述第二前驱液以恒定速率滴入所述第一前驱液中，其中，搅拌转速为350～550rpm/min，加热温度为70～90℃，滴加速率为1～3mL/min；
(4)滴加结束后，保持搅拌、加热2～4h，室温下静置陈化25～70h；
(5)固液分离，取固体，洗涤，干燥。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)所得第一前驱液中，铁氰化钠浓度为0.1～0.3mol/L，柠檬酸钠浓度为2～3.5mol/L。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(1)中，所述表面活性剂选自1，4-丁炔二醇、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮和十二烷基苯磺酸钠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤(2)中，所述铁盐为硫酸亚铁、氯化亚铁、草酸亚铁中的至少一种。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二前驱液中，所述铁盐浓度为0.05～0.15mol/L。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述洗涤为依次利用离子水和无水乙醇进行洗涤。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(5)中，所述干燥为真空干燥，干燥温度为110～130℃，干燥时长为15～40h。
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