氧化鉭基固體氧化物電解質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性能.pdf

1、本論文以金屬Ta和R(R分別為Ti，F(xiàn)e和Zr金屬)為原料，氫氟酸為溶劑，氨水為沉淀劑，采用反向滴定化學(xué)共沉淀法制備超細(xì)氧化鉭基固體電解質(zhì)粉體；研究了反應(yīng)物濃度、分散劑PEG10000的用量、pH值、干燥條件、焙燒溫度及其它因素對氧化物粉體制備工藝的影響，確定了最佳工藝參數(shù)；并用差熱儀(DTA)、透射電鏡(TEM)、離心粒度分布儀、激光粒度儀等實驗手段對固體電解質(zhì)粉體有關(guān)性質(zhì)進(jìn)行了測試和表征；采用石灰法、蒸發(fā)法對含氟含氮廢水進(jìn)行了有效處

2、理，用離子色譜儀檢測了處理后廢水中氟離子的含量。 將上述方法制備的粉體經(jīng)模壓成型后，用高溫?zé)Y(jié)法制備了氧化鉭基中溫氧化物固體電解質(zhì)；探討了不同量的摻雜物對固體氧化物電解質(zhì)材料電學(xué)性能、熱膨脹性和顯微結(jié)構(gòu)的影響；其中二元TeO2+Ta2O5系統(tǒng)由于金屬Te難溶解于氫氟酸，采用了直接氧化物混合法制備了電解質(zhì)；經(jīng)過實驗和理論分析，優(yōu)選了固體電解質(zhì)組分和制備工藝，采用電導(dǎo)率測試儀、熱膨脹儀(TED)、X—射線衍射儀(XRD)、掃描電子顯

3、微鏡(SEM)等儀器測試了固體電解質(zhì)的電導(dǎo)性、熱膨脹性和晶體結(jié)構(gòu)。 結(jié)果表明： 1、采用反向滴定化學(xué)共沉淀法制備的氧化鉭基固體電解質(zhì)粉體性能優(yōu)良，降低了固體電解質(zhì)燒結(jié)溫度、提高了電解質(zhì)的致密度和電導(dǎo)率；該方法具有工藝簡單、成本低廉、易于擴(kuò)大等優(yōu)點，優(yōu)化的工藝條件為： 反應(yīng)物濃度0.01mol/L，分散劑PEG10000用量1.5％(質(zhì)量分?jǐn)?shù))，最終反應(yīng)溶液pH=11.5，反應(yīng)溫度為室溫條件下制備的前驅(qū)體，經(jīng)離心機

4、分離、無水乙醇脫水和85℃干燥后，于700℃煅燒1h制備出固體氧化物電解質(zhì)粉體，顆粒粒徑約為30～50nm。 2、在氟離子含量為1.27g/L的廢水處理過程中，隨著靜置時間和石灰乳加入量的增加，廢水中氟離子濃度逐漸降低；當(dāng)靜置時間為10h，石灰投加量為10g/L時，上清液很快降到[F—]=37.19mg/L，當(dāng)石灰投加量為20g/L時，上清液[F—]=28.56mg/L；當(dāng)靜置時間為24h時，石灰乳投加量為20g/L，上清液中[

5、F—]=23.11mg/L。 除氟后的廢水用蒸發(fā)法提取氨，保溫時間不變時，隨著保溫溫度的升高，回收率先是增大后降低，在處理溫度范圍(65～85℃)之內(nèi)，回收率都達(dá)到了72.0％以上。 3、在氧化鉭基固體電解質(zhì)材料中，二元TiO2+Ta2O5系統(tǒng)在一定組成范圍內(nèi)存在固溶體，表現(xiàn)出高的電導(dǎo)率和低的熱膨脹系數(shù)；摻雜TiO2含量為7.7mol％時，電導(dǎo)率(800℃)有最大值為3.28x10-1S/cm；在600℃時，其電導(dǎo)率超過

6、了10-2S/cm；摻雜TiO2含量x=2.0～12.0mol％范圍，系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù)變化為2.48×10-6～2.88×10-6K-1；此系統(tǒng)固體電解質(zhì)的晶體類型屬于正交晶系，單位晶胞參數(shù)a、b、c值隨摻雜量增加，先增大后減小，在x=7.7～8.0mol％時達(dá)到了最大值，與電導(dǎo)率(800℃)最大值對應(yīng)。 二元Fe2O3+Ta2O5系統(tǒng)，在Fe2O3含量為8.5mol％時，電導(dǎo)率(800℃)達(dá)到了最大值1.25×10-1S/cm

7、；Fe2O3含量x=4.0～16.0mol％時，系統(tǒng)的熱膨脹系數(shù)變化為3.02×10-6～3.89×10-6K-1，略高于二元TiO2+Ta2O5系統(tǒng)；此系統(tǒng)的晶體類型屬于正交晶系，晶胞參數(shù)a、b、c值隨摻雜量增加，先增大后減小，x=8.0～8.5mol％時有最大值。 二元TeO2+Ta2O5系統(tǒng)中，在TeO2含量為7.0mol％時，電導(dǎo)率(800℃)達(dá)到最大值，為4.79×10-2S/cm；在TeO2含量x=6.0～9.0mo

8、l％范圍，系統(tǒng)熱膨脹系數(shù)為2.95×10-6～3.27×10-6K-1；此系統(tǒng)的晶體類型屬于正交晶系，隨摻雜量增加，晶胞參數(shù)a先增大后減小，b、c逐漸增大。 二元ZrO2+Ta2O5系統(tǒng)中，隨著ZrO2含量(x=7.0～11.0mol％)的增加，熱膨脹系數(shù)變化較小，為2.31×10-6～3.03×10-6K-1；電導(dǎo)率(800℃)變化范圍為1.14×10-4～5.25×10-4S/cm；此系統(tǒng)的晶體類型屬于正交晶系，隨摻雜量增加