วิธีการเตรียมและการใช้ผงบิสมัท

ผงบิสมัทเป็นผงของโลหะไม่มีธาตุเหล็ก และมีลักษณะเป็นสีเทาอ่อน มีการใช้งานที่หลากหลายและส่วนใหญ่ใช้ในการเตรียมผลิตภัณฑ์บิสมัท บิสมัทอัลลอยด์ และสารประกอบบิสมัท ทรัพยากรบิสมัทของจีนเป็นอันดับหนึ่งของโลก และมีเหมืองบิสมัทมากกว่า 70 แห่งในจีน ทำให้จีนเป็นผู้นำบิสมัทชั้นนำของโลก ในฐานะที่เป็น "โลหะสีเขียวที่ปลอดภัย" ปัจจุบันบิสมัทไม่เพียงใช้ในอุตสาหกรรมยาเท่านั้น แต่ยังใช้กันอย่างแพร่หลายในเซมิคอนดักเตอร์ ตัวนำยิ่งยวด สารหน่วงการติดไฟ เม็ดสี เครื่องสำอาง และสาขาอื่นๆ คาดว่าจะแทนที่ธาตุที่เป็นพิษ เช่น ตะกั่ว พลวง แคดเมียม และปรอท นอกจากนี้ บิสมัทยังเป็นโลหะที่มีไดอะแมกเนติกที่แข็งแกร่งที่สุด ภายใต้การกระทำของสนามแม่เหล็ก ความต้านทานจะเพิ่มขึ้นและค่าการนำความร้อนจะลดลง นอกจากนี้ยังมีโอกาสในการใช้งานที่ดีในด้านเทอร์โมอิเล็กทริกและตัวนำยิ่งยวด

กรรมวิธีการผลิตแบบดั้งเดิมของผงบิสมัทรวมถึงวิธีละอองน้ำ วิธีการทำให้เป็นอะตอมของแก๊ส และวิธีการกัดลูก เมื่อวิธีละอองน้ำถูกทำให้เป็นละอองและทำให้แห้งในน้ำ บิสมัทจะถูกออกซิไดซ์ได้ง่ายเนื่องจากผงบิสมัทมีพื้นที่ผิวกว้าง ภายใต้สถานการณ์ปกติ การสัมผัสระหว่างบิสมัทและออกซิเจนยังทำให้เกิดออกซิเดชันในปริมาณมากได้ง่าย ทั้งสองวิธีทำให้เกิดสิ่งเจือปนมากมาย ผงบิสมัทมีรูปร่างผิดปกติ และการกระจายตัวของอนุภาคไม่สม่ำเสมอ วิธีการกัดลูกคือ: ทุบแท่งบิสมัทด้วยเหล็กกล้าไร้สนิมให้เป็นเม็ดบิสมัทขนาด â¤10 มม. หรือดับบิสมัทด้วยน้ำ จากนั้นอนุภาคบิสมัทจะเข้าสู่สภาวะสุญญากาศ และบดลูกกลิ้งที่บุด้วยยางเซรามิก แม้ว่าวิธีนี้จะเป็นการกัดบอลในสุญญากาศ โดยมีออกซิเดชันน้อยและมีสิ่งเจือปนต่ำ แต่วิธีนี้ใช้แรงงานมาก ใช้เวลามาก ผลผลิตต่ำ ต้นทุนสูง และอนุภาคมีความหยาบเท่ากับ 120 เมช ส่งผลต่อคุณภาพของผลิตภัณฑ์ สิทธิบัตรการประดิษฐ์ CN201010147094.7 ให้วิธีการผลิตผงบิสมัทละเอียดพิเศษ ซึ่งผลิตโดยกระบวนการทางเคมีแบบเปียก มีกำลังการผลิตขนาดใหญ่ เวลาสัมผัสสั้นระหว่างกระบวนการผลิตทั้งหมดกับออกซิเจน อัตราออกซิเดชันต่ำ สิ่งเจือปนน้อย และปริมาณออกซิเจนของ ผงบิสมัทคือ 0< 0.6 การกระจายตัวของอนุภาคสม่ำเสมอ ขนาดอนุภาค -300 เมช.

รูปแบบทางเทคนิคของการประดิษฐ์นี้มีดังต่อไปนี้:

1) เตรียมสารละลายบิสมัทคลอไรด์: หาสารละลายสต็อกบิสมัทคลอไรด์ที่มีความหนาแน่น 1.35-1.4 กรัม/ลบ.ซม. เติมสารละลายน้ำบริสุทธิ์ที่ผ่านการทำให้เป็นกรดซึ่งมีกรดไฮโดรคลอริก 4%-6% อัตราส่วนปริมาตรของสารละลายน้ำบริสุทธิ์ที่เป็นกรดและสารละลายสต็อกบิสมัทคลอไรด์คือ 1:1 -2;

2) การสังเคราะห์: เพิ่มแท่งสังกะสีที่ทำความสะอาดพื้นผิวแล้วลงในสารละลายบิสมัทคลอไรด์ที่เตรียมไว้ เริ่มปฏิกิริยาการกระจัด สังเกตจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยา เมื่อถึงจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยา ให้นำแท่งสังกะสีที่ยังไม่ละลายออกและตกตะกอนเป็นเวลา 2-4 ชั่วโมง เกณฑ์การสังเกตและการตัดสินของจุดสิ้นสุดของปฏิกิริยาที่อธิบายไว้คือ มีฟองอากาศเกิดขึ้นในสารละลายที่มีส่วนในปฏิกิริยา

3) การแยกของผงบิสมัท: สกัดส่วนเหนือตะกอนของตะกอนในขั้นตอนที่ 2) และนำสังกะสีกลับคืนด้วยวิธีทั่วไป ผงบิสมัทที่ตกตะกอนที่เหลืออยู่กวนและล้าง 5-8 ครั้งด้วยสารละลายน้ำบริสุทธิ์ที่เป็นกรดที่มีกรดไฮโดรคลอริก 4%-6% จากนั้นล้างด้วยบริสุทธิ์ ล้างผงบิสมัทด้วยน้ำให้เป็นกลาง หลังจากทำให้ผงบิสมัทแห้งอย่างรวดเร็วด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยง ให้แช่ผงบิสมัททันทีด้วยเอธานอลสัมบูรณ์ แล้วทำให้แห้ง

4) การทำให้แห้ง: ส่งผงบิสมัทที่ผ่านการบำบัดในขั้นตอนที่ 3) ไปยังเครื่องอบแห้งแบบสุญญากาศที่อุณหภูมิ 60±1°C เพื่อทำให้แห้งเพื่อให้ได้ผงบิสมัทสำเร็จรูปที่มีขนาด -300 เมช

ตามผงบิสมัทที่ผลิตโดยกระบวนการข้างต้น ข้อดีของมันคือความบริสุทธิ์ของผลิตภัณฑ์ที่ได้นั้นสูงถึง 99%; ขนาดอนุภาคละเอียดมากจนถึง -300 เมช และวัดองค์ประกอบทางเคมีของผงบิสมัทที่เตรียมโดยการประดิษฐ์นี้: Bi>99, Fe< 0.1, O<0.5, BiO<0.1, Cr<0.01, Cu< 0.01, Si<0.02, สิ่งเจือปนอื่นๆ<0.18; ในเวลาเดียวกัน เนื่องจากกระบวนการเปลี่ยนแท่งสังกะสี ปฏิกิริยาเคมีเกี่ยวข้องกับการละลายของสังกะสีและการตกตะกอนของบิสมัทเท่านั้น หลีกเลี่ยงสารเคมีจำนวนมาก ข้อเสียของก๊าซ ลดมลพิษของสิ่งแวดล้อมและอันตรายต่อร่างกายมนุษย์ เมื่อเปรียบเทียบกับศิลปะยุคก่อน กระบวนการทั้งหมดของการประดิษฐ์นี้สัมผัสกับอากาศเพียงช่วงเวลาสั้นๆ ในการทำให้แห้งด้วยการหมุนเหวี่ยง และกระบวนการอื่นๆ มีปฏิกิริยาของเหลวหรือเอธานอลสัมบูรณ์ หรือการแยกสุญญากาศและออกซิเจน ดังนั้นอัตราการเกิดออกซิเดชันจึงต่ำ .

แอพพลิเคชั่น [2]

เทคโนโลยีที่มีอยู่สามารถเตรียมวัสดุนาโนบิสมัทมิติต่ำที่มีรูปร่างต่างกัน บิสมัทนาโนไวร์ บิสมัทนาโนทิวบ์ ฯลฯ แต่ไม่มีเทคโนโลยีการเตรียมที่เกี่ยวข้องสำหรับบิสมัทวัสดุบางเฉียบสองมิติบิสมัท เหตุผลส่วนหนึ่งอาจเป็นเพราะสารตั้งต้นของบิสมัทหรือสภาวะการสังเคราะห์ด้วยความร้อนจากความร้อนนั้นควบคุมได้ยาก วัสดุหกเหลี่ยมจำนวนมากประกอบด้วยวัสดุสองมิติซ้อนกันเพื่อสร้างโครงสร้างผลึกขนาดมหึมา และพันธะเคมีในระนาบของวัสดุสองมิตินั้นแข็งแกร่งมาก และการทำงานร่วมกันระหว่างชั้นของแวนเดอร์วาลส์นั้นอ่อนแอมาก ซึ่งทำให้สอง- วัสดุมิติเอาชนะชั้นด้วยวิธีการต่างๆ แผ่นนาโนสองมิติได้มาจากการขัดผิวจากวัสดุจำนวนมากที่สอดคล้องกันเนื่องจากแรงอันตรกิริยาระหว่างกันที่อ่อนแอ ในขั้นตอนนี้ เทคโนโลยีการใช้โลหะผสมที่มีความจุจำเพาะในปริมาณสูงและการหมุนเวียนที่เสถียรเนื่องจากขั้วไฟฟ้าลบได้มาถึงคอขวดแล้ว มีการศึกษาการขัดผิวด้วยของเหลวของกราฟีนและฟอสฟอรัสดำ แม้ว่าฟอสฟอรีนจะมีความจุสูง แต่ฟอสฟอรีนสามารถออกซิไดซ์ในอากาศได้ง่ายมาก กลัวออกซิเจนและน้ำ

สิทธิบัตรการประดิษฐ์ CN201710588276 ระบุวิธีการเตรียมบิสมัททีนสองมิติและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออน ผงบิสมัทถูกเติมลงในตัวทำละลายแบบลอกออกและสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกเป็นเวลาที่กำหนดไว้เพื่อให้ได้ตัวทำละลายแบบผสม และผงบิสมัทที่ไม่ได้ลอกแบบในตัวทำละลายแบบผสมจะถูกกำจัดออกโดยการปั่นแยกเพื่อให้ได้ส่วนเหนือตะกอน และเตรียมบิสมัททีนสองมิติโดย การขัดผิวด้วยของเหลว ขั้นตอนการเตรียมนั้นง่ายมาก และบิสมัททีนสองมิติที่เตรียมไว้นั้นมีความจุจำเพาะในปริมาณสูงและความเสถียรของวัฏจักร เพื่อให้บรรลุวัตถุประสงค์ข้างต้น วิธีการเตรียมประกอบด้วยขั้นตอนต่อไปนี้:

(1) เติมผงบิสมัทลงในตัวทำละลายสำหรับลอกผิวและสั่นสะเทือนด้วยคลื่นเสียงความถี่สูงตามเวลาที่กำหนดไว้ ในระหว่างกระบวนการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิก ผงบิสมัทจะถูกลอกออกเป็นเกล็ดบางส่วนภายใต้การทำงานของตัวทำละลายลอกออก เพื่อให้ได้บิสมัททีนผสมที่มีรูปร่างเป็นขุย ตัวทำละลาย

(2) การหมุนเหวี่ยงเพื่อกำจัดผงบิสมัทที่ยังไม่ได้ลอกออกในตัวทำละลายแบบผสมเพื่อให้ได้ส่วนเหนือตะกอนซึ่งยังคงรักษาบิสมัททีนที่มีลักษณะเป็นแผ่น

(3) ส่วนลอยเหนือตะกอนที่ได้รับจะถูกทำให้แห้งด้วยสุญญากาศแบบแรงเหวี่ยงเพื่อให้ได้บิสมัททีนสองมิติที่มีลักษณะเหมือนแผ่น

โดยทั่วไปแล้ว เมื่อเปรียบเทียบกับศิลปะก่อนหน้าด้วยวิธีการแก้ปัญหาทางเทคนิคข้างต้นที่เกิดจากการประดิษฐ์นี้ วิธีการเตรียมบิสมัททีนสองมิติและแบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ได้รับจากการประดิษฐ์นี้ส่วนใหญ่จะมีผลประโยชน์ดังต่อไปนี้:

1. การเติมผงบิสมัทลงในตัวทำละลายการลอกและการสั่นสะเทือนแบบอัลตราโซนิกเป็นเวลาที่กำหนดไว้เพื่อให้ได้ตัวทำละลายแบบผสม การหมุนเหวี่ยงเพื่อขจัดผงบิสมัทที่ยังไม่ได้ลอกออกในตัวทำละลายแบบผสมเพื่อให้ได้ส่วนเหนือตะกอน และการเตรียมบิสมัททีนสองมิติโดยการลอกเฟสของเหลว ขั้นตอนการเตรียมนั้นง่ายมาก และบิสมัททีนสองมิติที่เตรียมไว้นั้นมีความจุเฉพาะในปริมาณสูงและความเสถียรของวัฏจักร

2. แบตเตอรี่ลิเธียมไอออนที่ใช้บิสมัททีนสองมิติเป็นวัสดุอิเล็กโทรดจะถูกชาร์จและคายประจุที่กระแสคงที่ที่ความหนาแน่นกระแส 0.5C (1883mA/cm3, 190mA/g) หลังจากผ่านไป 150 รอบ เครื่องจะยังคงรักษาความจุเริ่มต้นไว้ได้ประมาณ 90% ลักษณะวงจรที่ดี

3. ความหนาของบิสมัททีนสองมิติคือ 3 นาโนเมตรถึง 5 นาโนเมตร การทดลองได้พิสูจน์ว่าความจุปริมาตรของบิสมัททีนสองมิติแทบไม่มีการลดทอนที่เห็นได้ชัดภายใต้ความหนาแน่นกระแสที่แตกต่างกัน และมีอัตราการไหลที่ดี