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  • 石棉真的会致癌吗?

    石棉是一种被广泛应用建材,防火板的硅酸盐类矿物纤维,也是惟一的天然矿物纤维,它具有良好的抗拉强度和良好的隔热性与防腐蚀性,不易燃烧...快速预览

    石棉天然矿物纤维隔热性

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    石棉真的会致癌吗?

    石棉天然矿物纤维隔热性

    颗粒在线 | 2月前

    石棉又称“石绵”,为商业性术语,指具有高抗张强度、高挠性、耐化学和热侵蚀、电绝缘和具有可纺性的硅酸盐类矿物产品。它是天然的纤维状的硅酸盐类矿物质的总称。下辖2类共计6种矿物(有蛇纹石石棉、角闪石石棉、阳起石石棉、直闪石石棉、铁石棉、透闪石石棉等)。石棉由纤维束组成,而纤维束又由很长很细的能相互分离的纤维组成。石棉具有高度耐火性、电绝缘性和绝热性,是重要的防火、绝缘和保温材料。但是由于石棉纤维能引起石棉肺、胸膜间皮瘤等疾病,许多国家选择了全面禁止使用这种危险性物质。


    2017年10月27日,世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考,石棉(各种形式,包括阳起石、铁石绵、直闪石、温石棉、青石棉、透闪石)在一类致癌物清单中。


    石棉是一种被广泛应用建材,防火板的硅酸盐类矿物纤维,也是惟一的天然矿物纤维,它具有良好的抗拉强度和良好的隔热性与防腐蚀性,不易燃烧,故被广泛应用。


    石棉纤维对人体的危害


    石棉的种类很多,以温石棉含量最为丰富,用途最广,石棉本身并无毒害。它的最大危害来自于它的纤维,这是一种非常细小,肉眼几乎看不见的纤维,当这些细小的纤维被吸入人体内,就会附着并沉积在肺部,造成肺部疾。 


    暴露于石棉纤维可引致下列疾病:肺癌 、间皮癌-胸膜或腹膜癌 、石棉沉着病-因肺内组织纤维化而令肺部结疤(石棉肺) 与石棉有关的疾病症状,往往会有很长的潜伏期,可能在暴露于石棉大约10至40年才出现(肺癌一般15—20年、间皮瘤20—40年)。石棉已被国际癌症研究中心肯定为致癌物。 


    石棉纤维是一种国际上公认的淘汰建筑材料,早在多年前就被很多国家明令禁止生产和使用,因为吸入石棉纤维后会导致肺部疾病及肺癌。从2010年开始,国内很多城市也开始禁止石棉瓦等建材在新建筑上使用。2011年6月1日起实施的《墙体材料应用统一技术规范》GB50574-2010明确指出:“不得采用含有石棉纤维、未经防腐和防虫蛀处理的植物纤维的墙体材料。”


    从事石棉加工业的相关人员吸入石棉纤维的量要大大高于正常接触的人群,因而导致癌症的几率也比正常接触的人群高得多。从事石棉加工的人员最好通过戴口罩来避免吸入石棉纤维,而且需要定期进行身体检查,如果条件允许可变换工作岗位,避免长期接触石棉纤维。

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  • 石英坩埚

    石英坩埚,具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点,应用越来越广泛。快速预览

    石英坩埚

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    石英坩埚

    石英坩埚

    颗粒在线 | 2月前

    石英坩埚,可在1450度以下使用,分透明和不透明两种,具有高纯度、耐温性强、尺寸大精度高、保温性好、节约能源、质量稳定等优点。


    石英坩埚简介:

    1、石英坩埚可在1450度以下使用,分透明和不透明两种。用电弧法制的半透明石英坩埚是拉制大直径单晶硅,发展大规模集成电路必不可少的基础材料。

    2、不能和HF接触,高温时,极易和苛性碱及碱金属的碳酸盐作用。

    3、石英坩埚适于用K2S2O7,KHSO4作熔剂熔融样品和用Na2S207(先在212度烘干)作熔剂处理样品。

    4、石英质脆,易破,使用时要注意。

    5、除HF外,普通稀无机酸可用作清洗液。


    国内常用拉制单晶硅用石英坩埚18英寸和20英寸22英寸也有厂家使用22及以上的坩埚。目前国内坩埚生产大厂家生产的坩埚技术都比较成熟。其生产使用原料石英砂由美国进口和挪威高纯石英砂两种。也有小厂使用国产料其原料生产的石英坩埚对拉制单晶硅时其稳定性都有一定影响。


    目前坩埚生产涂层技术已被大多数厂家使用就是在普通石英砂溶制的坩埚表面涂上一层二氧化钡溶液使其形成致密层,其致密层能阻止单晶硅高温拉制过程中硅与石英坩埚反应提高成晶率。


     石英坩埚生产工艺流程:高纯石英砂→高纯石墨模具→真空装料成型→真空电弧熔制→自然冷却脱模→石英坩埚初步检测→冷加工喷砂、切断、倒角→石英坩埚二次检测→超净清洗、超声、高压喷淋、自动烘干。加温烘烤,喷涂→石英坩埚三次检验→真空包装→成品入库。


    石英坩埚使用及维护:

    (1)石英坩埚主要化学成分是二氧化硅,除氢氟酸外不与其它酸作用,易与苛性碱及碱金属碳酸盐作用。

    (2)石英坩埚对热的稳定性很好,可直接放在火焰上加热。

    (3)石英坩埚和玻璃器皿一样,容易破碎,使用时要特别小心。

    (4)用石英坩埚可以用硫酸氢钾(钠),硫代硫酸钠(在212摄氏度烘干)等作为熔剂,熔融温度不许超过800摄氏度。


    参考文献:

    百度百科——石英坩埚

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  • 分布式能源

    什么是分布式能源?快速预览

    分布式能源

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    分布式能源

    分布式能源

    颗粒在线 | 2月前

    所谓“分布式能源”(distributed energy resources)是指分布在用户端的能源综合利用系统。一次能源以气体燃料为主,可再生能源为辅,利用一切可以利用的资源;二次能源以分布在用户端的热电冷(值)联产为主,其他中央能源供应系统为辅,实现以直接满足用户多种需求的能源梯级利用,并通过中央能源供应系统提供支持和补充;在环境保护上,将部分污染分散化、资源化,争取实现适度排放的目标 ;在能源的输送和利用上分片布置,减少长距离输送能源的损失,有效地提高了能源利用的安全性和灵活性。

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    • 储氢材料

      氢气是一种清洁能源,其能量密度高,可实现大规模储存,易于实现氢/电/热转换,因此作为一种高效清洁的二次再生能源受到广泛关注。氢能的...快速预览

      氢气是一种清洁能源,其能量密度高,可实现大规模储存,易于实现氢/电/热转换,因此作为一种高效清洁的二次再生能源受到广泛关注。氢能的开发利用主要包括氢的生产、应用、储存及运输这4个方面。氢的生产及应用技术已经足够成熟,但其储存很不方便,因而人们需要考虑氢在储存中的安全、高效和无泄漏损失。


      氢气的大量储存问题成为制约氢能推广的关键,氢能储存问题的解决会影响到其他相关问题的解决。传统的氢能储存方式主要有3种,即气态储氢、液态储氢和固态储氢。




      气态储氢技术通过高压来实现氢气的储存,是将氢气压缩于高压容器中,对高压容器本身材质有很高要求。气态储氢的关键是能否开发出性能良好且安全性高的储氢容器。


      液态储氢技术是采用低温技术将液化后的氢气储存在容器内。该技术的优点是储氢量大、储氢容器体积小、液氢体积密度高等,但存在液化过程能耗高、储存容器对绝热性能要求高导致成本高昂、有泄漏风险的安全隐患等缺点,目前难以实现大规模应用。


      固体储氢技术是通过物理或化学方式使氢气与储氢材料结合来实现氢气的储存,能有效改善气态储存及液态储存方式的不足,优点为储氢密度大、安全性高且运输方便。储氢密度是相同温度压力条件下气态储氢的1000倍左右,而且吸放氢速度适宜,缺点为理论研究与发展不够完善。


      近些年所发现的具有良好性能的储氢材料主要包含碳基储氢材料、有机框架储氢材料、金属氢化物储氢材料、液体有机氢化物储氢材料及其他固体储氢材料等。


       


      1碳基储氢材料


      1.1活性炭

      活性炭(AC)又称碳分子筛,是一种独特的多功能吸附剂。优点有孔隙度高、比表面积高、吸附能力大、表面活性高、循环使用寿命长、储氢量高及成本价格低廉等。活性炭储氢是利用其非常高的比表面积在中低温( 77-273 K) 、中高压( 1-10 MPa) 的条件下以吸附方式储氢;氢气吸附量与碳材料比表面积呈正比,比表面积越大,吸附量越高;储氢量也与温度和压力密切相关,温度越高、压力越小,储氢量越少。


      1.2石墨纳米纤维

      石墨纳米纤维( GNF) 是一种由含碳化合物经金属催化剂分解后层层沉淀堆积在一起的石墨材料,主要类型为薄片状、管状、带状、棱柱状和鲱鱼骨状。由于石墨纳米纤维结构特征及复合特性的特殊性,在储氢领域的发展前景非常广阔。研究表明改变石墨纳米纤维的形状可以改变储氢容量。


      1.3碳纳米纤维

      碳纳米纤维的比表面积很大,表面能够吸附大量的氢气,便于氢气进入碳纳米纤维;氢气分子的动力学直径小于碳纳米纤维的层间距,因而大量氢气可以进入碳纳米纤维的层间;碳纳米纤维有中空管,氢气可凝结在中空管中,因而碳纳米纤维储氢密度较高。由此可见,影响碳纳米纤维储氢量的因素有直径、结构及质量。在一定范围内,碳纳米纤维的储氢量与质量呈正比,与直径呈反比。


      1.4碳纳米管

      碳纳米管具有纳米尺度中空孔道、高活性等特性,因而有良好的储氢性能。研究表明比表面积不同,碳纳米管的储氢量不同,两者呈正比。


      2有机框架储氢材料


      2.1金属有机框架化合物储氢材料

      金属有机框架化合物(MOFs)是由含氧、氮等的多齿有机配体(大多是芳香多酸或多碱)与过渡金属离子自组装而成的配位聚合物。以新型阳离子、阴离子及中性配体形成的MOFs材料具有孔隙率高、孔结构可控、比表面积大、化学性质稳定、制备过程简单等优点。MOFs材料储氢性能与储氢机理、结构的关系、影响机理等有待研究,常温常压下MOFs材料的储氢性能有待提高,目前关于影响MOFs 材料储氢性能的研究主要是采用密度泛函理论等进行,在理论模拟及量化计算MOFs材料的储氢性能及改进方法方面已取得较为深入了解。


      2.2共价有机骨架化合物( COFs) 储氢材料

      COFs是近年来新开发的一种在储氢领域应用前景较广阔的多孔材料,优点为比表面积高、密度低、结构可调控性强以及热稳定性高等。研究表明COFs 对氢气的吸附无论在低压范围、高压范围、低温范围、高温范围都是一个可逆的物理过程,COFs 的储氢性能都比较理想。不过对COFs的一系列研究工作目前还欠缺实际的实验数据,仅仅处于计算机模拟阶段,对COFs的储氢机理的研究也有待完善,常温下的储氢性能亦有待提高,COFs 作为一种很有研究价值和发展前途的储氢材料在未来的氢能发展过程中必将发挥重要的作用。


      3金属氢化物储氢材料


      在金属氢化物中,氢与碱金属以共价键结合生成离子型氢化物,研究表明一定的温度和压力条件下,金属氢化物对氢气的大量吸收、储存和释放过程是可逆的。金属氢化物的优点是储氢量大、无污染、安全可靠、制备技术和工艺成熟等。但储氢性能还有待提高。


      3.1钒系储氢材料

      钒系合金已较早地应用于氢的储存、净化、压缩及氢的同位素分离等领域。具有bcc结构的钒系合金的优点为储氢量大VH2的理论储氢密度为3.8%(质量分数)]、吸放氢容易、反应速度快等。缺点为合金的表面容易被氧化从而生成一层氧化膜使其活化难度增大、熔点高、金属钒的价格高昂导致其制备成本高、常温常压下放氢不彻底等。一系列问题的存在对钒系储氢材料实现大规模应用相对比较困难,成本问题是实现应用的关键所在。


      3.2镁系储氢材料

      镁系合金作为储氢材料被认为是最有发展前途的储氢材料,备受各国专家及学者的青睐,优点为质量轻密度小、储氢量高、资源丰富、价格低廉、无污染等,缺点为工作温度高、吸/放氢动力学性能差等。


      3.3稀土系储氢材料

      稀土系合金以LaNi5为代表,优点为储氢性能优良( 储氢质量分数1.4%) 、吸氢能力强、易活化、对杂质不敏感、吸释氢不需高温高压等,缺点为吸氢后晶胞体积膨胀较大、易粉化、吸释氢能力易失、成本高昂等。为解决稀土合金的成本问题及改善合金吸释氢的压力、活化速率、吸释氢速率等热力学、动力学性能,可采用多元合金化、非化学计量、热处理、快速凝固法等手段提高稀土系储氢材料的储氢性能。


      3.4钛系储氢材料

      钛系储氢材料。优点是成本低、资源丰富等,缺点是活化需高温高压( 450℃、5MPa) 较难、抗杂质能力差、反复吸释氢后性能差等。合金的活化性能和吸放氢速率在催化元素铅( Pd) 的影响下可以明显提高;纯氩气环境下对FeTi球磨30h,加入少量Ni,吸放氢性能能够显著提高;Mn、Ni等过渡元素代替FeTi中的Fe,即将 Fe 替换掉后,活化性能明显改善。


      3.5锆系储氢材料

      锆系合金优点是吸氢量大、反应速度快、易活化、无滞后效应等,缺点为稳定性较差等。研究表明通过添加Ni、Mn、Cr、V等元素能改善储氢性能,Zr-Ni合金吸氢容量较大、室温下较稳定、吸释氢所需压力低、催化活性和耐腐蚀性强、电化学性能好,但存在吸/释氢可逆性差等问题;将微量稀土元素加入Zr-Cr-Ni合金中,在稀土元素影响下,活化性能显著提高,储氢量增大、电化学容量增加、循环寿命变长,但存在活化难、放电能力差、成本高等问题。


      4液体有机氢化物储氢材料


      液体有机氢化物储氢的原理是不饱和液体有机物与氢的可逆反应,即加氢反应和脱氢反应。液体有机物储氢的优点是储氢量大、储存和运输简单、可重复使用、加氢反应放出大量热可供利用。研究表明,从储氢过程的能耗、储氢量、物理化学特性等方面考虑,烯烃、炔烃和芳烃等不饱和有机物储氢材料中,单环芳烃的储氢性能是最好的;苯、甲苯的储氢量较大并且加脱氢过程可逆,是一类不错的有机储氢材料。


      5其他储氢材料


      5.1玻璃微球储氢材料

      中空玻璃微球体可以用作储氢材料。MgAlSi、石英、聚酰胺、聚乙烯三酚盐酸、N29等均为中空玻璃微球,储氢量为质量分数15%-42%。温度200-400℃ 、直径25-500μm范围内,壁厚度<1μm 的玻璃微球的穿透率增大,在一定压力下氢气进入玻璃体内,玻璃微球的穿透性随着温度降低而降低,当温度降到一定程度时,玻璃微球的穿透性变为0,氢气便留在玻璃微球体内;玻璃微球的穿透性随着温度的升高又逐渐增大,氢气便从玻璃微球内释放。


      5.2硼烷氨储氢材料

      硼烷氨作为一种新型高能储氢材料,储氢容量能达到质量分数19.6%,放氢温度相比之下比较低,低于350℃。研究表明,硼烷氨脱氢过程在离子液体中进行,能够大大地提高氢的释放量及释放速率;同时在硼烷氨中掺入Ni基催化剂,氢的释放量显著增多。当前硼烷氨合成工艺非常成熟,而再生技术却不完善,严重阻碍了硼烷氨及其衍生物的发展应用。


      参考资料:

      林静. 储氢材料及研究进展

      汪云华. 固体储氢材料的研究进展

      陈军. 高容量储氢材料的研究进展

      杨小平. 固体储氢材料的研究进展

      郭浩. 固体储氢材料的研究现状及发展趋势

      张四奇.固体储氢材料的研究综述

      马通祥. 固体储氢材料研究进展

      杨静怡. 储氢材料的研究及其进展

      浏览量 157 收起
    • 铀元素

      铀是一种带有银白色光泽的金属,比铜稍软,具有很好的延展性,很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。让我们一起来...快速预览

      铀元素铀矿

      浏览量 265 颗粒在线 | 3月前

      铀元素

      铀元素铀矿

      颗粒在线 | 3月前

      一起来认识铀元素


      我们知道,铀是一种带有银白色光泽的金属,比铜稍软,具有很好的延展性,很纯的铀能拉成直径0.35毫米的细丝或展成厚度0.1毫米的薄箔。


      铀的比重很大,与黄金差不多,每立方厘米约重19克,象接力棒那样的一根铀棒,竟有十来公斤重。



      铀棒


      铀的化学性质很活泼,易与大多数非金属元素发生反应。块状的金属铀暴露在空气中时,表面被氧化层覆盖而失去光泽。


      粉末状铀于室温下,在空气中,甚至在水中就会自燃。


      美国用贫化铀制造的一种高效的燃烧穿甲弹—“贫铀弹”,能烧穿30厘米厚的装甲锕板,“贫铀弹”利用的就是铀极重而又易燃这两种性质。


      铀元素在自然界的分布相当广泛,地壳中铀的平均含量约为百万分之2.5,即平均每吨地壳物质中约含2.5克铀,这比钨 、汞 、金 、银 等元素的含量还高。



      水硅钙铀矿


      铀在各种岩石中的含量很不均匀。


      例如在花岗岩中的含量就要高些,平均每吨含3.5克铀。依此推算,一立方公里的花岗岩就会含有约一万吨铀。



      绿铀矿


      海水中铀的浓度相当低,每吨海水平均只含3.3毫克铀,但由于海水总量极大,且从水中提取有其方便之处,所以目前不少国家,特别是那些缺少铀矿资源的国家,正在探索海水提铀的方法。


      由于铀的化学性质很活泼,所以自然界不存在游离的金属铀,它总是以化合状态存在着。


      已知的铀矿物有一百七十多种,但具有工业开采价值的铀矿只有二、三十种,其中最重要的有沥青铀矿(主要成分为八氧化三铀)、(二氧化铀)、铀石和铀黑等。



      硅钾铀矿


      据历史记载,当年克拉普罗德发现的铀实际上是二氧化铀,法国化学家佩利戈特在1841年证实了这一点,并用钾还原四氯化铀,成功地获得了金属铀。


      世界铀资源量超过1500万吨。


      据WISE资料,截止2003年1月1日,世界已知常规铀可靠资源回收成本小于130美元/kg铀的资源量为316.92万吨。


      其中回收成本小于40美元/kg铀资源量约173.05万吨;回收成本小于80美元/kg铀资源量约245.82万吨。


      世界铀资源量较多的国家有澳大利亚、哈萨克斯坦、美国、加拿大、南非、纳米比亚、俄罗斯、和尼日尔,铀资源量均在10万吨以上。



      硅镁铀矿


      我国铀矿资源也十分丰富。


      铀及其一系列衰变子体的放射性是存在铀的最好标志。


      人的肉眼虽然看不见放射性,但是借助于专门的仪器却可以方便地把它探测出来。


      因此,铀矿资源的普查和勘探几乎都利用了铀具有放射性这一特点:若发现某个地区岩石、土壤、水、甚至植物内放射性特别强,就说明那个地区可能有铀矿存在。


      通常来说,铀主要含三种同位素 ,即铀238、铀235和铀234,其中只有铀235是可裂变核元素,在中子轰击下可发生,可用作原子弹的核装料和核电站反应堆的燃料。


      铀属高毒性元素,进入人体的铀颇难以体内排出,由它发射的阿尔法射线所引起的体内辐照损伤是高度累积性的,易蓄积在肝肾部位。



      钒铀钡铅矿


      其显示的化学毒性与汞相似,会引起肾脏病变、肝炎及神经系统病变。


      但除非是战事或突发性职业事故,日常生活中经人体摄入多量铀的事故是极为罕见的。

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    • 硅酸盐矿物——埃洛石

      埃洛石是一种硅酸盐矿物,它有点像高岭石。有两种形式,一种类似高岭土,一种是水合物。说它是水合物是因为在它的晶体里面含有水,因此也被人称...快速预览

      埃洛石硅酸盐矿物

      浏览量 215 中国粉体网 | 4月前

      硅酸盐矿物——埃洛石

      埃洛石硅酸盐矿物

      中国粉体网 | 4月前

      埃洛石是一种典型的高岭石族矿物。埃洛石是地球上唯一存在的天然高岭石水合物,按水合程度的不同可分为10埃-埃洛石、7埃-埃洛石和层间距处于它们之间的x埃-埃洛石(x表示(001)底面间距)。埃洛石的用途与高岭石相似,也是优质陶瓷的原料,在化学工业上可以合成分子筛和作催化剂的载体,在塑料、橡胶和油漆工业中用作填料等。近年来已被广泛用作缓释容器、催化剂载体、有机聚合物填充材料、储氢材料和纳米材料模板等,具有重要的应用价值。

       

      埃洛石的命名


      埃洛石(halloysite)最早由Berthier于1826年命名,是为了纪念比利时科学家Omaliusd’Halloy发现了一种存在于石炭纪石灰石中的矿物材料。在之后相当长一段时间里,很多材料被描述为”halloysite”,Dana曾经列出了16种具有“halloysite”命名的矿物。到二十世纪初,随着X射线衍射仪(X-RayDiffraction,XRD)的诞生,人们才开始了对埃洛石真正意义上的研究。


      长期以来,不同研究者对埃洛石进行不同的实验,所以埃洛石也经历了不同的命名阶段。


      埃洛石的命名历史

       


      埃-埃洛石结构


      10埃-埃洛石


      10埃-埃洛石的化学式为Al2O3•2SiO2•4H2O或Al2Si2O5(OH)4•2H2O,可由脱水后产物的XRD衍射结果,以及脱水过程中失重曲线等和高岭石对比得到;其基本结构为高岭石片层夹着一层水分子。在关于10埃-埃洛石的结构细节中,最被广泛接受的是Hendricks和Jeffersons提出的模型(如下图所示):高岭石片层间的水分子连接成六边形网状结构,其氧原子位于同一平面上。由于结构稳定性需要和水分子几何外形的影响,四分之一的氢原子没有和其它水分子作用,而是和相邻的层间四面体氧形成氢键;在另一侧,层间羟基氢中有三分之一和水分子氧形成氢键,其余的羟基氢和周围的层间羟基氧形成与三水铝石结构类似的氢键。他们认为高岭石片层离子性更强,因而层间结合力要比其和水分子间的要大,所以埃洛石一旦脱水便不可恢复。


      10埃-埃洛石以及层间水分子的结构示意图


      7埃-埃洛石


      7埃-埃洛石是10埃-埃洛石脱水后的产物,结构类似于高岭石,但由于保留了10埃-埃洛石层间堆垛的紊乱,有序度甚至低于b轴无序高岭石,但有少量较为规则的晶粒表现出双层三斜或单斜的晶胞特性。


      其它底面间距埃洛石


      10埃-埃洛石在脱水时,根据脱水条件的不同(湿度、温度、压强、时间等),会产生出不同的衍射底面间距,如1.0nm(0.99nm),0.95nm,0.86nm,0.79nm,0.75nm(0.74nm)和0.73nm(0.72nm)等。除1.0nm和0.72nm外,其它底面间距的埃洛石是单相还是混层或者是混合物,是人们关注的重点。目前最普遍的观点是这些中间产物为10埃-埃洛石和7埃-埃洛石的区域混层产物。


      埃洛石形貌


      据文献中报道,埃洛石有管状、棒状、纤维状、球状或假球状、片状、板状、羽毛状、薄的圆柱状或盘状、网箱状织物或螺旋状、颗粒状,带卷曲边缘的不规则羽毛状、菌褶状等。


      埃洛石在外观上呈各种颜色,主要为白色,其次为浅蓝色、黄白色、黄棕色及杂色。拥有蜡状或油脂光泽。贝壳状断口。比重为2:1,失水后可增高到2.6左右。空间分布上,黄棕色矿石主要分布在矿体上部,白色或浅蓝色在下部,常呈似层状,矿体底部常为黑色或黑白相间。

       

      a-管状;b-球状;c-盘状;d-菌褶状;e-网箱状;f-片状


      矿物分布


      埃洛石是一种主要的粘土矿物,是典型的风化作用的产物,在风化壳中常与高岭石、三水铝石和水铝英石等共生。中国四川叙永、贵州习水一带和山西阳泉等地风化壳中均有产出,并因产地而又得名为叙永石。它也产于金属硫化物矿床的氧化带中,有时也少量产于现代沉积物中,与大量高岭石共生。


      参考文献:

      百度百科

      牛继南等.埃洛石的命名结构、形貌和卷曲机制

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    • 磷酸锰锂正极材料

      磷酸锰锂正极材料具有能量密度高、成本低、安全性高和热稳定性好等优点,目前已成为锂电产业界研究的热点,有望成为继磷酸铁锂之后的新一代...快速预览

      磷酸锰锂正极材料锂电池

      浏览量 203 中国粉体网 | 4月前

      磷酸锰锂正极材料

      磷酸锰锂正极材料锂电池

      中国粉体网 | 4月前

      磷酸锰锂正极材料具有能量密度高、成本低、安全性高和热稳定性好等优点,目前已成为锂电产业界研究的热点,有望成为继磷酸铁锂之后的新一代正极材料。


      磷酸锰锂结构及性能



      LiMnPO4正极材料的晶体结构


      LiMnPO4属于橄榄石型结构,正交晶系,空间群为Pnma。其晶胞参数为a=1.04448nm,b=0.61018nm,c=0.47313nm,每个晶胞中有4个LiMnPO4单元。晶体骨架由MnO6八面体及PO4四面体组成。


      锂离子电池正极材料的主要性能参数


      磷酸锰锂的优点


      在目前所报道的一系列正极材料中,LiMnPO4正极材料具有4.1V的高电位,比LiFePO4提高0.7V,且处于现有电解液的稳定电化学窗口。据相似的放电比容量和压实密度测算,LiMnPO4电池的能量密度较LiMnPO4提高约20%,达190Wh·kg-1,且LiMnPO4价格更便宜。与锰酸锂相比,LiMnPO4具有相近的工作电压,但能量密度更高、高温循环寿命更长。与三元材料相比,LiMnPO4具有相似的能量密度,但更安全、价格更低。


      磷酸锰锂的缺点


      橄榄石结构的LiMnPO4存在一些固有缺陷制约着其发展和应用。表现在以下几个方面:

      (1)材料的离子电导率和电子电导率都非常低,导致材料的容量难以发挥;

      (2)LiMnPO4与电解质会发生副反应,生成产物Li4P2O7等,随着材料充放电次数的增加,LiMnPO4会逐渐失去活性;

      (3)脱锂后形成的磷酸锰(MnPO4)会受到Jahn-Teller效应影响,晶体结构从八面体变成立方相,压缩锂脱嵌通道,造成结构上的不可逆变化;

      (4)部分锰离子发生歧化反应溶解在电解液中,导致材料循环性能变差。


      针对以上问题的改善方案:


      (1)纳米化,缩短锂离子的固态扩散路径,增大电极反应面积,从而提高材料的宏观锂离子电导率;

      (2)晶面选控,增大锂离子快速迁移的晶面面积,从而提高材料的微观锂离子电导率;

      (3)体相掺杂,通过掺杂原子的原位取代或形成固溶体来稳定晶体结构,提高离子/电子电导率,从而提高材料的循环和倍率性能;

      (4)表面包覆,通过在材料表面复合导电碳、金属氧化物层等,提高材料的离子/电子电导率,阻止LiMnPO4与电解液直接接触。


      中国新一代磷酸锰锂正极材料产业化技术研发及其高能动力电池应用示范”项目验收


      2017年,中国科学院宁波材料技术与工程研究所承担的中科院科技服务网络计划(STS)“新一代磷酸锰锂正极材料产业化技术研发及其高能动力电池应用示范”项目验收。


      研究团队针对电动汽车发展对先进动力电池的重大需求,开展了磷酸锰锂复合三元材料动力电池新体系及关键材料的系统性研究,突破了高性能磷酸锰锂正极材料规模化制备的关键技术,建成了年产300t磷酸锰锂中试生产线,中试产品得到动力电池企业用户认可;研制出能量密度219Wh/kg的10Ah磷酸锰锂-三元材料复合动力电池,通过GB/T 31485—2015单体蓄电池安全性试验,同时为吉利汽车研发出能量密度185Wh/kg的43Ah磷酸锰锂-三元材料复合动力电池,并进行了车载实验。该项目的实施,为后续解决年产千吨级生产线的工艺技术问题,实现磷酸锰锂大规模生产奠定了基础。


      参考来源:

      秦来芬.新一代动力锂离子电池磷酸锰锂正极材料的研究现状与展望

      李俊豪.高性能磷酸锰锂正极材料的研究进展

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    • 氧化石墨烯

      氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物,其颜色为棕黄色,市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化...快速预览

      氧化石墨烯生产工艺应用实例

      浏览量 275 颗粒在线 | 4月前

      氧化石墨烯(graphene oxide )是石墨烯的氧化物,其颜色为棕黄色,市面上常见的产品有粉末状、片状以及溶液状的。因经氧化后,其上含氧官能团增多而使性质较石墨烯更加活泼,可经由各种与含氧官能团的反应而改善本身性质。


      氧化石墨烯薄片是石墨粉末经化学氧化及剥离后的产物,氧化石墨烯是单一的原子层,可以随时在横向尺寸上扩展到数十微米。因此,其结构跨越了一般化学和材料科学的典型尺度。


      氧化石墨烯可视为一种非传统型态的软性材料,具有聚合物、胶体、薄膜,以及两性分子的特性。氧化石墨烯长久以来被视为亲水性物质,因为其在水中具有优越的分散性,但是,相关实验结果显示,氧化石墨烯实际上具有两亲性,从石墨烯薄片边缘到中央呈现亲水至疏水的性质分布。因此,氧化石墨烯可如同界面活性剂一般存在界面,并降低界面间的能量。其亲水性被广泛认知。


      经过氧化处理后,氧化石墨仍保持石墨的层状结构,但在每一层的石墨烯单片上引入了许多氧基功能团。这些氧基功能团的引入使得单一的石墨烯结构变得非常复杂。鉴于氧化石墨烯在石墨烯材料领域中的地位,许多科学家试图对氧化石墨烯的结构进行详细和准确的描述,以便有利于石墨烯材料的进一步研究,虽然已经利用了计算机模拟、拉曼光谱,核磁共振等手段对其结构进行分析,但由于种种原因(不同的制备方法,实验条件的差异以及不同的石墨来源对氧化石墨烯的结构都有一定的影响),氧化石墨烯的精确结构还无法得到确定。


      大家普遍接受的结构模型是在氧化石墨烯单片上随机分布着羟基和环氧基,而在单片的边缘则引入了羧基和羰基。最近的理论分析表明氧化石墨烯的表面官能团并不是随机分布,而是具有高度的相关性。


      生产工艺


      氧化石墨烯一般由石墨经强酸氧化而得。主要有三种制备氧化石墨的方法:Brodie法,Staudenmaier法和Hummers法。


      其中Hummers法的制备过程的时效性相对较好而且制备过程中也比较安全,是目前最常用的一种。它采用浓硫酸中的高锰酸钾与石墨粉末经氧化反应之后,得到棕色的在边缘有衍生羧酸基及在平面上主要为酚羟基和环氧基团的石墨薄片,此石墨薄片层可以经超声或高剪切剧烈搅拌剥离为氧化石墨烯,并在水中形成稳定、浅棕黄色的单层氧化石墨烯悬浮液。由于共轭网络受到严重的官能化,氧化石墨烯薄片具有绝缘的特质。经还原处理可进行部分还原,得到化学修饰的石墨烯薄片。虽然最后得到的石墨烯产物或还原氧化石墨烯都具有较多的缺陷,导致其导电性不如原始的石墨烯,不过这个氧化−剥离−还原的制程可有效地让不可溶的石墨粉末在水中变得可加工,提供制作还原氧化石墨烯的途径。而且其简易的制程及其溶液可加工性,考虑量产的工业制程中,上述工艺已成为制造石墨烯相关材料及组件的极具吸引力的工艺过程。


      时至今日,制备氧化石墨烯新方法已经层出不穷了,大体上分为自顶向下方法和自底向上方法两大类。前者的思路是拆分鳞片石墨等制备氧化石墨烯,以传统三方法的改进方法为代表,还包括拆分(破开)碳纳米管的方法等等。后者是用各种碳源合成的方法,具体方法五花八门,种类繁多。 


      应用实例


      材料应用范围很广。


      氧化石墨烯是一种性能优异的新型碳材料,具有较高的比表面积和表面丰富的官能团。氧化石墨烯复合材料包括聚合物类复合材料以及无机物类复合材料更是具有广泛的应用领域,因此氧化石墨烯的表面改性成为另一个研究重点。


      中国科学院上海应用物理研究所发现将氧化石墨烯应用于PCR技术中,可显著提高PCR的特异性、灵敏度和扩增产量,并可消除扩增中形成的引物二聚体,且优化区间广,可广泛适用于各种浓度和复杂程度的DNA模板。与其他已应用于PCR技术中的碳纳米材料相比,氧化石墨烯对PCR的优化具有更加优异的综合效果。

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    • 矿物如何分类?

       矿物学文献中有许多矿物分类方案,其中最常用的有两个方案——达纳(Dana)矿物分类方案和斯特伦茨(Strunz)矿物分类方案。快速预览

       矿物学文献中有许多矿物分类方案,其中最常用的有两个方案——达纳(Dana)矿物分类方案和斯特伦茨(Strunz)矿物分类方案。


       以达纳矿物分类方案为例,根据主要阴离子、阴离子团或缺失阴离子,将矿物分为九个矿物类(Mineral class):


      (1)自然元素

      (2)硫化物和硫盐

      (3)氧化物和氢氧化物

      (4)卤化物

      (5)碳酸盐、硝酸盐和硼酸盐

      (6)硫酸盐、铬酸盐和硒酸盐

      (7)磷酸盐、砷酸盐和钒酸盐

      (8)硅酸盐

      (9)有机化合物


       其中,硅酸盐类根据其阴离子团特征,可分为孤岛状、双岛状、环状、链状(单链和双链)、层状和架状六个亚类。硅氧四面体是硅酸盐晶体结构中的基本构造单元,它由位于中心的一个硅原子与围绕它的四个氧原子构成。在晶体结构中,各个硅氧四面体可以各自孤立存在,也可以通过共用四面体角顶上的一个、两个、三个乃至全部四个氧原子,相互连接而形成多种不同形式的阴离子团,从而形成不同结构类型的硅酸盐晶体。


       矿物类和亚类中,有的可细分为

       矿物家族(Mineral family)

       矿物超族(Mineral supergroup)

       矿物族(Mineral group)

       矿物亚族(Mineral subgroup)

       矿物系列(Mineral series)


       其中矿物族是最常见的类别。矿物族是由两个或两个以上的矿物种组成,具有相同或基本相同的结构,并由相似的化学元素构成。


       矿物种是矿物分类中的最小单元。矿物种的确定主要依据其晶体结构和化学成分。新矿物种的确定和命名必须向国际矿物学协会新矿物、矿物命名与分类委员会提出申请,获得批准,才能生效。


       矿物的成分变种是指晶体结构相同、但化学成分有较小变化的矿物。

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    • 纳米纤维素

      纳米纤维素是通过化学、物理、生物或者几者相结合的手段处理纤维得到的直径<100nm,长度可到微米的纤维聚集体。它们具有优异的机械性能、...快速预览

      1 纳米纤维素简介


      纳米纤维素是通过化学、物理、生物或者几者相结合的手段处理纤维得到的直径<100nm,长度可到微米的纤维聚集体。它们具有优异的机械性能、巨大的比表面积、高结晶度、良好的亲水性、高透明度、低密度、良好的生物可降解性与生物相容性以及稳定的化学性质,纤维素表面裸露出大量羟基,使纳米纤维素具有巨大的化学改性潜力。因此,纳米纤维素在生物制药、食品加工、造纸、能源材料、功能材料等领域的应用研究日益受到人们的重视。


      自然界中几种纤维素来源


      纳米纤维素通常还被称为纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystals,CNCs;canocrystalline cellulose,NCC)、纳米纤丝纤维素(nanofibrillated cellulose,NFC)、纤维素纳米晶须(cellulose nanowhisker,CNW)、纤维素纳米颗粒(cellulose nanoparticle,CNP)等。


      纤维素化学结构式


      按照纳米纤维素的形貌、粒径大小及原料来源的不同,纳米纤维素主要分为3种类别,如表1所示。如果在分子水平上对纤维素纳米结构进行设计与剪裁,调控纤维素纳米结构的形成,选择性构筑并组装出纳米结构的纤维素功能材料,发展可控制造纤维素材料纳米结构的定向设计与构筑的理论和方法,在此基础上研发出绿色、高效制备纤维素高值化材料的方法具有重要的研究意义。



      2 纳米纤维素的制备


      目前纳米纤维素的制备主要分为机械法、化学法及生物法。


      纳米纤维素制备的两种主要方法


      2.1 机械法


      机械法制备纳米纤维素是采用高压均质或机械球磨处理纤维原料,获得纳米尺寸的纤维素晶体。机械法制备的NCC的粒径分布较宽。同时,机械法制备所需的设备较特殊,能量消耗高。鉴于纳米纤维素在食品、药物制剂、包装材料、吸附以及纳米复合材料的广泛应用,近些年,一些研究者采取多种机械处理方法制备纳米纤维素,并采取了多种方法以降低能耗。


      例如采用物理、化学或者酶处理的方法对纤维原料进行预处理,或是将用于制备纳米纤维素的纤维原料进行羧甲基化预处理,在纤维表面引入电荷,然后再进行高压均质处理获得纳米纤维素,以降低能耗。随着纤维原料表面电荷密度的增加,电荷相互之间的排斥作用增强,使得纤维与纤维之间的摩擦力减小,因此纤维不易产生絮凝,降低了高压均质处理过程的能耗,而且可以减少对均质机的堵塞。


      制备纳米纤维素的机械处理方法


      2.2 化学法


      纤维原料来源不同,得到的纳米纤维素尺寸分布也不同:以棉花、木材、微晶纤维素为原料制备的纳米纤维素粒径分布较窄,宽度5~10 nm,长度100~300 nm,结晶度较高;以细菌、被囊类动物纤维为原料制备的纳米纤维素粒径分布较宽,宽度5~60 nm,长度几微米。


      不同原料制备的NCC:a生物被囊,b细菌纤维素,c苎麻


      酸水解过程中,无机酸的种类不同,制备的纳米纤维素的表面性能也有差异。盐酸水解制备的纳米纤维素表面含有少量的负电荷,纳米纤维素颗粒之间容易发生团聚现象;硫酸水解制备的纳米纤维素表面带有大量负电荷,大约1/10的葡萄糖单元被硫酸酯化带有硫酸酯基团,由于电荷间较强的相互排斥作用,纳米纤维素悬浮液具有较强的胶体稳定性。


      纳米纤维素的原子力显微镜图谱


      酸水解法制备NCC会产生大量的废酸和杂质,对反应设备要求高,且反应后残留物较难回收,但制备工艺比较成熟,已实现工业化生产。


      酶解法制备工艺条件温和,专一性强,且所用的试剂酶与纤维素酶均为可再生资源,因此其对社会可持续发展具有重要意义,预测酶解法将成为未来研究的热点。酶解即利用纤维素酶选择性酶解无定型纤维素,剩余部分即为纤维素晶体。在这一过程中,可能会发生表面腐蚀、剥皮以及细纤维化和切断作用,从而使纤维素分子聚合度下降。


      2.3 生物法


      通过微生物合成的方法制备的纤维素通常被称为细菌纤维素。细菌纤维素弹性模量大、机械稳定性好、平均分子量较大、比表面积大,且具有良好的生物相容性和可降解性,在食品、医用包装材料、精细化工领域具有潜在的应用价值。


      以生物法制备的纳米纤维素的晶体类型、晶体结构、粒径尺寸等性质容易调控,而且不污染环境,但是反应周期较长,反应条件苛刻,纳米纤维素得率低,制备成本高。


      2.4其它方法

      • 静电纺丝法

      • 离子液体溶解法

      • 溶剂法


      3 纳米纤维素的改性


      纳米纤维素表面的羟基具有很强的极性,其与非极性介质的界面相容性很弱,在非极性基质中的分散性较差,限制了其应用范围。基于羟基的性质,对纳米纤维素进行多种化学修饰,引入各种功能基团,可提高其与非极性基质界面之间的相容性,创制出纳米纤维素功能材料。纳米纤维素的功能化改性主要有酯化、烷基化、酰胺化、非共价键改性、聚合物接枝等。


      3.1 磺化


      用适度的硫酸处理纤维,是制备微晶纤维素常用的方法,典型的结果是纤维表面发生了部分磺化。纤维由于硫酸处理后在其表面形成双层排斥力的作用使得制备的微晶纤维素悬浮液形成一种稳定的胶体态物质。


      3.2 羧基化


      纤维表面引入羧基可使其变得更加亲水,同时经过处理后的纤维表面带有更多的负电荷,能够形成稳定的水悬浮液。羧甲基化作用被很早地引用作为一种促进纳米纤维材料分散的方法。研究者发现,纳米纤维胶体悬浮液的稳定性对pH值和盐浓度非常敏感。高负电荷的纳米纤维与相反电荷的聚电解质发生强烈的反应,并在纳米纤维上形成聚电解质多分子层。


      3.3 接枝


      接枝反应也经常用于纤维的表面修饰,利用纤维素的羟基作为接枝点,将聚合物连接到纤维素骨架上,称为纤维素的接枝反应。依据接枝聚合物的结构、性质、相对分子质量的不同,可赋予纤维素多种性能和用途。


      3.4 乙酰化


      乙酰化反应是将乙酰基引入到有机化合物的反应。常见的方法就是纤维素酯化反应的增塑作用。酯化反应赋予了纤维表面疏水的性质。


      3.5 硅烷化处理


      硅烷是一种分子式为SiH 4的化合物,硅烷偶联剂能够取代纤维素基质表面的羟基。在水分存在的条件下,水解烷氧基形成硅醇,硅醇与纤维表面的羟基反应,在细胞壁上形成稳定的共价键并吸附于纤维表面。因此,由硅烷提供的烃链抑制了纤维的润胀,由于基质和纤维间共价键的存在形成了一种交联网络。


      3.6 表面活性剂处理


      表面活性剂的改性一般不是永久的改性,大多数的活性剂可以通过一种可逆的方式从显微表面除去。研究认为表面活性剂对纤维和复合材料基质的相容性改善作用。表面活性剂亲水端吸附于纤维的表面,它的疏水端在基质中找到合适的溶解条件,因此通过空间稳定作用阻止了纤维的团聚。在这样情况下,不仅能够在相间更好地改善复合材料的润湿性和黏附性,而且促使纳米纤维素在基质中更好地均匀分布。


      3.7 聚电解质处理


      将阳离子的聚电解质吸附于纤维素表面能够形成一种不可逆的吸附层。带电的高分子聚电解质通过电荷反应排列在纤维层上。这种聚电解质的改性方法被用于造纸过程提高纸张干强度的应用中,也可以用于制备纤维素纳米复合材料中。


      4 纳米纤维素的应用


      4.1 对生物矿化的调控作用


      纳米纤维素作为一种天然的生物多糖,可以用于调控无机纳米粒子的制备过程,在此过程中纳米纤维素通常作为还原剂、结构导向剂和稳定剂。


      4.2 在凝胶材料中的应用


      将纳米纤维素用于聚合物基质中制备凝胶纳米复合材料,可以提高复合凝胶的结构稳定性,增强其弹性模量,目前纳米纤维素已应用于聚乙烯醇、聚丙烯酰胺和聚羟乙基丙烯酸甲酯中以制备复合凝胶材料。


      4.3 在医学材料中的应用


      由于NCC良好的生物相容性以及其独特的纳米结构及性质,一些研究者试图将其应用在生物组织或功能支架材料、药物载体以及纳米荧光指示剂医药领域。


      纳米纤维素晶体能牢固地吸附药物及其他配料,所形成片剂不易吸湿,但可迅速崩解,因而被广泛用作赋形剂和崩解剂,制造嘴嚼药片、糖衣片和膜衣片等。


      4.4 在制浆造纸中的应用


      由于纳米纤维素具有极大的比表面积和丰富的表面羟基,若将其加入到纸浆中,其与纸浆纤维能够紧密结合,从而提高纸浆纤维之间的结合力,因此纳米纤维素可作为制浆造纸过程中的增强剂、助留剂和助滤剂,具有很好的发展前景。


      4.5 高性能增强复合材料


      NCC作为增强填料已被用于包括聚乙烯、聚己内酯、甘油塑化淀粉、苯乙烯、乙酰丁酸纤维素和环氧树脂等许多聚合物体系中。


      纳米纤维素原本就是生物质的自身组织,对复合材料中天然纤维的亲和力好,可形成“自适应结构”,产生减弱界面局部应力的效果;而且受到应力的影响,纳米纤维素粒子能沿着填充物质表面进行滑移,移动到新位置后,已经被打断的键又重新连结形成新的键,使高聚物基体与填充材料之间仍能保持一定的黏合强度,减缓复合材料的破坏;再者,在纳米尺度范围内,复合材料的断裂强度能够被最大程度的优化,同时对复合材料的缺陷不再那么敏感,这样在一定程度上起到“自然修复”,阻止裂缝和破坏扩大的作用,因此纳米纤维素可作为增强相应用于复合材料。目前,将纳米纤维素作为分散相来增强天然或合成聚合物是纳米纤维素应用研究方面的重点。


      4.6 其它应用

      • 光学材料

      • 模板剂材料

      • 智能材料

      • 传感器

      • 化妆品

      • 食品添加剂


      参考资料:

      李媛媛.纳米纤维素及其功能材料的制备与应用

      黄彪等.纳米纤维素的制备及应用研究进展

      李伟等.纳米纤维素的制备

      董凤霞等.纳米纤维素的制备及应用


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