روش تهیه و کاربرد پودر بیسموت

پودر بیسموتپودری از فلزات غیر آهنی است و ظاهر آن خاکستری روشن است. کاربردهای وسیعی دارد و عمدتاً برای تهیه محصولات بیسموت، آلیاژهای بیسموت و ترکیبات بیسموت استفاده می شود. منابع بیسموت چین رتبه اول را در جهان دارد و بیش از 70 معدن بیسموت در چین وجود دارد که چین را به پیشروی بیسموت در جهان تبدیل می کند. به عنوان یک "فلز سبز" ایمن، بیسموت در حال حاضر نه تنها در صنعت داروسازی استفاده می شود، بلکه به طور گسترده ای در نیمه هادی ها، ابررساناها، بازدارنده های شعله، رنگدانه ها، لوازم آرایشی و سایر زمینه ها استفاده می شود. انتظار می رود که جایگزین عناصر سمی مانند سرب، آنتیموان، کادمیوم و جیوه شود. علاوه بر این، بیسموت فلزی با قوی ترین دیامغناطیس است. تحت تأثیر میدان مغناطیسی، مقاومت افزایش می یابد و هدایت حرارتی کاهش می یابد. همچنین دارای چشم اندازهای کاربردی خوبی در گرما الکتریسیته و ابررسانایی است.

روش های سنتی تولید ازپودر بیسموتشامل روش مه آب، روش اتمیزه کردن گاز و روش آسیاب گلوله ای. هنگامی که روش مه آب اتمیزه می شود و در آب خشک می شود، بیسموت به دلیل سطح وسیع پودر بیسموت به راحتی اکسید می شود. در شرایط عادی، تماس بین بیسموت و اکسیژن نیز به راحتی باعث اکسیداسیون می شود. هر دو روش باعث ایجاد ناخالصی های فراوان، شکل نامنظم پودر بیسموت و توزیع ناهموار ذرات می شوند. روش آسیاب گلوله ای به این صورت است: شمش های بیسموت را با چکش مصنوعی با فولاد ضد زنگ به دانه های بیسموت ¤10 میلی متر چکش کنید، یا بیسموت را با آب خاموش کنید. سپس ذرات بیسموت وارد محیط خلاء می شوند و آسیاب گلوله ای که با لاستیک سرامیکی پوشانده شده است پودر می شود. اگرچه این روش در خلاء، با اکسیداسیون کمتر و ناخالصی‌های کم آسیاب توپی می‌شود، اما کار فشرده، زمان‌بر، کم بازده، هزینه بالا و ذرات درشت به اندازه مش 120 است. بر کیفیت محصول تاثیر می گذارد. ثبت اختراع CN201010147094.7 یک روش تولید پودر بیسموت بسیار ریز را ارائه می دهد که با فرآیند شیمیایی مرطوب، با ظرفیت تولید زیاد، زمان تماس کوتاه بین کل فرآیند تولید و اکسیژن، سرعت اکسیداسیون کم، ناخالصی های کمتر و محتوای اکسیژن تولید می شود. پودر بیسموت 0<0.6، توزیع ذرات یکنواخت است. اندازه ذرات -300 مش.

طرح فنی این اختراع به شرح زیر است:

1) محلول کلرید بیسموت را تهیه کنید: محلول ذخیره کلرید بیسموت را با چگالی 1.35-1.4 گرم بر سانتی متر مکعب دریافت کنید، محلول آبی خالص اسیدی حاوی 4٪ -6٪ اسید کلریدریک را اضافه کنید. نسبت حجمی محلول آبی خالص اسیدی شده و محلول ذخیره کلرید بیسموت 1:1 -2 است.

2) سنتز: شمش روی را که سطح آن تمیز شده است به محلول بیسموت کلرید آماده شده اضافه کنید. شروع واکنش جابجایی؛ نقطه پایان واکنش را مشاهده کنید، هنگام رسیدن به نقطه پایانی واکنش، شمش های حل نشده روی را خارج کرده و به مدت 2-4 ساعت رسوب دهید. مبنای مشاهده و قضاوت نقطه پایانی واکنش توصیف شده این است: در محلولی که در واکنش شرکت می کند حباب ظاهر می شود.

3) جداسازیپودر بیسموت: مایع رویی رسوب را در مرحله 2 استخراج کنید و روی را با روش های معمولی بازیابی کنید. پودر بیسموت رسوب داده شده باقیمانده را هم زده و 8-5 بار با محلول آبی خالص اسیدی شده حاوی 4 تا 6 درصد اسید کلریدریک شسته و سپس با خالص بشویید و پودر بیسموت را با آب بشویید تا خنثی شود. پس از خشک شدن سریع پودر بیسموت با سانتریفیوژ، بلافاصله پودر بیسموت را با اتانول مطلق خیس کنید و سپس آن را خشک کنید.

4) خشک کردن: پودر بیسموت تیمار شده در مرحله 3) را برای خشک کردن به خشک کن خلاء در دمای 1±60 درجه سانتیگراد بفرستید تا پودر بیسموت تمام شده مش 300- بدست آید.

با توجه به پودر بیسموت تولید شده توسط فرآیند فوق، مزیت آن این است که خلوص محصول به دست آمده به 99٪ می رسد. اندازه ذرات بسیار ریز تا مش 300- است و ترکیب شیمیایی پودر بیسموت تهیه شده توسط این اختراع اندازه گیری شده است: Bi>99، Fe<0.1، O<0.5، BiO<0.1، Cr<0.01، Cu< 0.01، Si<0.02، سایر ناخالصی ها<0.18; در عین حال، با توجه به فرآیند جایگزینی شمش روی، واکنش شیمیایی تنها شامل انحلال روی و رسوب بیسموت می شود، از مقدار زیادی مواد شیمیایی جلوگیری می کند. معایب گاز، آلودگی محیط زیست و آسیب به بدن انسان را کاهش می دهد. در مقایسه با هنر قبلی، کل فرآیند اختراع حاضر فقط برای مدت کوتاهی در خشک کردن سانتریفیوژ با هوا در تماس است و سایر فرآیندها دارای مایع واکنش یا اتانول مطلق یا خلاء و جداسازی اکسیژن هستند، بنابراین سرعت اکسیداسیون پایین است. .

برنامه کاربردی [2]

فن‌آوری‌های موجود می‌توانند مواد نانوبیسموت کم‌بعدی با اشکال مختلف، نانوسیم‌های بیسموت، نانولوله‌های بیسموت و غیره را تهیه کنند، اما هیچ فناوری آماده‌سازی مرتبطی برای بیسموتن ماده فوق نازک دو بعدی بیسموت وجود ندارد. بخشی از دلیل ممکن است این باشد که کنترل پیش سازهای بیسموت یا شرایط سنتز هیدروترمال دشوار است. بسیاری از مواد شش ضلعی از مواد دو بعدی تشکیل شده اند که برای تشکیل یک ساختار بلوری ماکروسکوپی روی هم قرار گرفته اند و پیوندهای شیمیایی در صفحه مواد دو بعدی بسیار قوی هستند و برهمکنش واندروالسی بین لایه ها بسیار ضعیف است که باعث ایجاد دو مواد بعدی با روش های مختلف بر لایه غلبه می کنند. نانوصفحات دو بعدی با لایه برداری از مواد حجیم مربوطه به دلیل نیروی برهمکنش ضعیف بین آنها به دست می آیند. در این مرحله، فناوری استفاده از آلیاژهایی با ظرفیت ویژه حجم بالا و گردش پایدار به عنوان الکترود منفی به گلوگاه رسیده است. لایه برداری فاز مایع گرافن و فسفر سیاه مورد مطالعه قرار گرفته است. اگرچه فسفرن ظرفیت بالایی دارد، فسفرن به راحتی در هوا اکسید می شود. ترس از اکسیژن و آب.

پتنت اختراع CN201710588276 روش آماده سازی بیسموتن دو بعدی و باتری لیتیوم یونی را ارائه می دهد. پودر بیسموت به حلال جداسازی اضافه می شود و برای مدت زمان از پیش تعیین شده به صورت اولتراسونیک ارتعاش می شود تا یک حلال مخلوط به دست آید، و پودر بیسموت پاک نشده در حلال مخلوط با سانتریفیوژ خارج می شود تا مایع رویی به دست آید و بیسموتن دو بعدی توسط لایه برداری فاز مایع فرآیند آماده سازی ساده بود و بیسموتن دو بعدی تهیه شده ظرفیت ویژه حجم و ثبات چرخه بالایی داشت. برای دستیابی به هدف فوق، روش آماده سازی شامل مراحل زیر است:

(1) پودر بیسموت را به حلال لایه بردار اضافه کنید و به صورت اولتراسونیک برای مدت زمان از پیش تعیین شده ارتعاش دهید. در طی فرآیند ارتعاش اولتراسونیک، پودر بیسموت تا حدی تحت تأثیر حلال لایه بردار پوسته پوسته می شود تا یک بیسموتن مخلوط با شکل پوسته پوسته به دست آید. حلال؛

(2) سانتریفیوژ کردن برای حذف پودر بیسموت بدون لایه در حلال مخلوط برای به دست آوردن مایع رویی که بیسموتن ورقه مانند را حفظ می کند.

(3) مایع رویی به دست آمده در معرض خشک کردن خلاء گریز از مرکز قرار می گیرد تا بیسموتن دو بعدی ورقه ای به دست آید.

به طور کلی، در مقایسه با هنر قبلی از طریق راه حل های فنی فوق که توسط اختراع حاضر تصور شده است، روش تهیه بیسموتن دو بعدی و باتری لیتیوم یون ارائه شده توسط اختراع حاضر عمدتاً دارای اثرات مفید زیر است:

1. افزودن پودر بیسموت به حلال جداسازی و ارتعاش اولتراسونیک برای یک زمان از پیش تعیین شده برای به دست آوردن یک حلال مخلوط، سانتریفیوژ کردن برای حذف پودر بیسموت بدون لایه در حلال مخلوط برای به دست آوردن مایع رویی، و تهیه بیسموتن دو بعدی با جداسازی فاز مایع، فرآیند آماده سازی ساده است و بیسموتن دو بعدی آماده شده دارای ظرفیت ویژه حجم بالا و ثبات چرخه است.

2. یک باتری لیتیوم یونی که از بیسموتن دو بعدی به عنوان ماده الکترود استفاده می کند، با یک جریان ثابت با چگالی جریان 0.5C (1883mA/cm3، 190mA/g) شارژ و تخلیه می شود. پس از 150 چرخه، هنوز حدود 90 درصد از ظرفیت اولیه خود را حفظ می کند. ویژگی های چرخه خوب؛

3. ضخامت بیسموتن دو بعدی 3 نانومتر تا 5 نانومتر است. آزمایش‌ها ثابت کرده‌اند که ظرفیت حجمی بیسموتن دوبعدی تقریباً تحت چگالی‌های جریان مختلف تضعیف آشکاری ندارد و عملکرد نرخ خوبی دارد.