Способ получения бората лития и цинка
Изобретение относится к области материаловедения, в частности, к способу получения поликристаллических боратов, которые могут найти применение в качестве катализаторов и твердых электролитов. Двойной борат лития и цинка LiZnBO3 получают путем термической обработки, при этом в качестве исходных компонентов используют смесь из предварительно полученного LiBO2 (37,80 мас.%), ZnO (61,79 мас.%), Н3ВО3 (0,41 мас.%) при ступенчатом подъеме температуры от 350°С до 700°С течение 260 часов. Борат лития LiBO2 предварительно получают из смеси Li2CO3 и Н3ВО3, взятых в молярном соотношении 1:1, которую отжигают на воздухе при 650°С в течение 50 часов. Технический результат - сокращение продолжительности синтеза путем использования доступных и недорогих реактивов. 1 ил., 2 табл., 1 пр.
Реферат
Изобретение относится к области материаловедения, в частности, к способу получения поликристаллических боратов, которые могут найти применение в качестве катализаторов и твердых электролитов (ТЭЛ).
Известны способы получения двойного бората лития и цинка состава LiZnBO3, кристаллизующегося в моноклинной сингонии с пр.гр. С2/с.
(1. Belkebir A., Tarte P., Rulmont A., Gilbert, В. Synthesis, structural and vibrational analysis of LiMBO3 orthoborates (M=Mg, Co, Zn) // New Journal of Chemistry. 1996. 20 (3), P.311-316.
2. Tsuyumoto I., Kihara A. Synthesis, characterization and charge-discharge properties of layer-structure lithium zink borate, LiZnBO3 // Materials Science and Applications. 2013. Vol.4. P.246-249).
Недостатком этих способов получения LiZnBO3 является высокая температура синтеза (1000°С).
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения бората LiZnBO3 при нагревании стехиометрической смеси LiBO2·8Н2О и ZnO при 600°С в течение одного месяца с несколькими промежуточными перетираниями.
(3. Chen X., Yang С., Chang X., Zang H., Xiao W. Syntheses and characterization of two alkali-metal zinc borates, α-LiZnBO3 and Li0.48Na0.52ZnBO3 // Solid State Sciences. 2009. Vol.11. P.2086-2092).
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Во-первых, значительная продолжительность синтеза (один календарный месяц). Во-вторых, необходимость использования промышленного реактива (LiBO2·8H2O).
Цель изобретения - сокращение продолжительности синтеза путем использования доступных и недорогих реактивов.
Поставленная цель достигается тем, что в качестве исходных реагентов при получении LiZnBO3 используют смесь LiBO2 (37,80 мас.%), ZnO (61,79 мас.%), Н3ВО3 (0,41 мас.%), которую подвергают многоступенчатой термообработке на воздухе при подъеме температуры от 350°С до 700°С в течение 260 часов. Борат лития LiBO2 предварительно получают из смеси карбоната лития Li2CO3 и борной кислоты Н3ВО3, взятых в молярном соотношении 1:1. Полученную смесь подвергают термической обработке при 650°С в течение 50 часов.
Данное изобретение иллюстрируется следующим примером.
Пример. Смесь из Li2CO3 навеской 4,0645 г (33,3 мол. %) и Н3ВО3 навеской 6,7980 г (66,7 мол. %) тщательно растирали в агатовой ступке. Полученную смесь отжигали в платиновом тигле на воздухе при температуре 350°С, затем 500°С и 650°С в течение 10, 20 и 20 часов, соответственно. Смесь из LiBO2 навеской 1,4940 г (37,80 мас.%), ZnO навеской 2,4420 г (61,79 мас.%) и Н3ВО3 - 0,0160 г (0,41 мас.%) тщательно растирали в агатовой ступке. Полученную смесь отжигали в платиновом тигле на воздухе при 350°С, затем 650°С и 700°С в течение 10, 50 и 200 часов, соответственно (сравнение режимов синтеза представлено в табл.1).
Исходными веществами служили: карбонат лития Li2CO3 марки «х.ч.», борная кислота Н3ВО3 марки «х.ч.», оксид цинка ZnO марки «х.ч.». Предварительно карбонат лития Li2CO3 прокаливали при 400°С, а оксид цинка ZnO при 500°С в течение 5 часов до постоянного веса.
Полноту протекания реакции контролировали рентгенографически [порошковый автоматический дифрактометр D8 Advance Bruker AXS (Cu Kα-излучение, графитовый монохроматор)]. Рентгенограмма полученного соединения LiZnBO3 приведена на рисунке. Параметры элементарной ячейки соединения LiZnBO3 (пр.гр. С2/с) уточняли методом наименьших квадратов (МНК) с использованием данных, полученных с монокристалла [3]. Кристаллографические характеристики полученного соединения представлены в табл.2.
Краткое описание чертежей
Фиг.
Рентгенограммы LiZnBO3 (а) - наши данные; (б) - данные [3].
Таблица 1 | ||||
Условия твердофазного синтеза | ||||
Состав | Исходная шихта | Т, °с | Время отжига | Способ |
α-LiZnBO3 | LiBO2·8H2O, ZnO | 600°С | 1 месяц | известный |
LiBO2 | Li2CO3, ZnO, Н3ВО3 | 350°С-650°С | 50 ч | |
LiZnBO3 | LiBO2, ZnO, Н3ВО3 | 350°С-700°С | 260 ч | заявляемый |
Таблица 2 | ||||||
Кристаллографические характеристики полученного соединения LiZnBO3 | ||||||
Соединение | Сингония | а, Å | b, Å | с, Å | β, град. | Лит. |
α-LiZnB03 LiZnB03 | монокл. монокл. | 8.746(2) 8.742(6) | 5.091(1) 5.087(3) | 6.129(1) 6.119(3) | 118.75(3) 118.97(4) | 3 заявл. |
Использование предлагаемого способа получения двойного бората лития и цинка обеспечивает по сравнению с существующими способами следующие преимущества.
В результате использования смеси исходных компонентов бората лития LiBO2 - 37,80 мас.%, оксида цинка ZnO - 61,79 мас.% и борной кислоты Н3ВО3 - 0,41 мас.% получен двойной борат лития и цинка LiZnBO3, который синтезируется при меньшей продолжительности отжига.
Использование заявляемого изобретения позволяет получать двойной борат LiZnBO3, который может быть использован в качестве катализатора или твердого электролита.
Способ получения двойного бората лития и цинка LiZnBO3 путем термической обработки, отличающийся тем, что в качестве исходных компонентов используют смесь из предварительно полученного LiBO2 (37,80 мас.%), ZnO (61,79 мас.%), Н3ВО3 (0,41 мас.%) при ступенчатом подъеме температуры от 350°С до 700°С течение 260 часов.