СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ БОРАТА ЛИТИЯ И ЦИНКА
METHOD OF PRODUCING LITHIUM AND ZINC BORATE

Изобретение относится к области материаловедения, в частности, к способу получения поликристаллических боратов, которые могут найти применение в качестве катализаторов и твердых электролитов (ТЭЛ).
3
Известны способы получения двойного бората лития и цинка состава LiZnBO, кристаллизующегося в моноклинной сингонии с пр.гр. С2/с.
3
(1. Belkebir A., Tarte P., Rulmont A., Gilbert, В. Synthesis, structural and vibrational analysis of LiMBO orthoborates (M=Mg, Co, Zn) // New Journal of Chemistry. 1996. 20 (3), P.311-316.
3
2. Tsuyumoto I., Kihara A. Synthesis, characterization and charge-discharge properties of layer-structure lithium zink borate, LiZnBO // Materials Science and Applications. 2013. Vol.4. P.246-249).
3
Недостатком этих способов получения LiZnBO является высокая температура синтеза (1000°С).
3
2
2
Наиболее близким к заявляемому изобретению является способ получения бората LiZnBO при нагревании стехиометрической смеси LiBO·8НО и ZnO при 600°С в течение одного месяца с несколькими промежуточными перетираниями.
3
0.48
0.52
3
(3. Chen X., Yang С., Chang X., Zang H., Xiao W. Syntheses and characterization of two alkali-metal zinc borates, α-LiZnBO and LiNaZnBO // Solid State Sciences. 2009. Vol.11. P.2086-2092).
2
2
Однако известный способ имеет следующие недостатки. Во-первых, значительная продолжительность синтеза (один календарный месяц). Во-вторых, необходимость использования промышленного реактива (LiBO·8HO).
Цель изобретения - сокращение продолжительности синтеза путем использования доступных и недорогих реактивов.
3
2
3
3
2
2
3
3
3
Поставленная цель достигается тем, что в качестве исходных реагентов при получении LiZnBO используют смесь LiBO (37,80 мас.%), ZnO (61,79 мас.%), НВО (0,41 мас.%), которую подвергают многоступенчатой термообработке на воздухе при подъеме температуры от 350°С до 700°С в течение 260 часов. Борат лития LiBO предварительно получают из смеси карбоната лития LiCO и борной кислоты НВО, взятых в молярном соотношении 1:1. Полученную смесь подвергают термической обработке при 650°С в течение 50 часов.
Данное изобретение иллюстрируется следующим примером.
2
3
3
3
2
3
3
Пример. Смесь из LiCO навеской 4,0645 г (33,3 мол. %) и НВО 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 LiBO навеской 1,4940 г (37,80 мас.%), ZnO навеской 2,4420 г (61,79 мас.%) и НВО - 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).
2
3
3
3
2
3
Исходными веществами служили: карбонат лития LiCO марки «х.ч.», борная кислота НВО марки «х.ч.», оксид цинка ZnO марки «х.ч.». Предварительно карбонат лития LiCO прокаливали при 400°С, а оксид цинка ZnO при 500°С в течение 5 часов до постоянного веса.
α
3
3
Полноту протекания реакции контролировали рентгенографически [порошковый автоматический дифрактометр D8 Advance Bruker AXS (Cu K-излучение, графитовый монохроматор)]. Рентгенограмма полученного соединения LiZnBO приведена на рисунке. Параметры элементарной ячейки соединения LiZnBO (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.
3
Рентгенограммы LiZnBO (а) - наши данные; (б) - данные [3].
Таблица 1
Условия твердофазного синтеза
Состав
Исходная шихта
Т, °с
Время отжига
Способ
α-LiZnBO<sub>3</sub>
LiBO<sub>2</sub>·8H<sub>2</sub>O, ZnO
600°С
1 месяц
известный
LiBO<sub>2</sub>
Li<sub>2</sub>CO<sub>3</sub>, ZnO, Н<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub>
350°С-650°С
50 ч
LiZnBO<sub>3</sub>
LiBO<sub>2</sub>, ZnO, Н<sub>3</sub>ВО<sub>3</sub>
350°С-700°С
260 ч
заявляемый
Таблица 2
Кристаллографические характеристики полученного соединения LiZnBO<sub>3</sub>
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.
2
3
3
3
В результате использования смеси исходных компонентов бората лития LiBO - 37,80 мас.%, оксида цинка ZnO - 61,79 мас.% и борной кислоты НВО - 0,41 мас.% получен двойной борат лития и цинка LiZnBO, который синтезируется при меньшей продолжительности отжига.
3
Использование заявляемого изобретения позволяет получать двойной борат LiZnBO, который может быть использован в качестве катализатора или твердого электролита.