圆片状磷酸铁的制备及热分解动力学研究.pdf

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1、第4l卷第7期化工技术与开发Vo1．4lNo．72012年7月Technology&DevelopmentofChemicalIndustryJu1．2012圆片状磷酸铁的制备及热分解动力学研究阮恒，易均辉，龚福忠(1．广西化工研究院，广西南宁530001；2．广西大学化学化工学院，广西南宁530004)摘要：I)2Fe(NO3)3·9HO和N％HP04·12H2O为原料，采用均相沉淀法制备了方形片状磷酸铁(FePO4·2H20)粉体。用XRD、SEM、T0D]1A进行了表征，并进行了磷酸铁粉体的脱水热分解动力

2、学研究，分别采用非线性等转化率法和Coats．Redfemg~"程对热重分析数据进行了处理和拟合，确定了磷酸铁的脱水产物为FePO4，脱水分解反应符合Avrami．Emfeevg~-程，为成核和生长=1)的A，机理。表观活化能为87．78kJ·mol～，指前因子lnA为12．14s-。。关键词：磷酸铁；制备；热分解；动力学；活化能中图分类号：TQ138．1I文献标识码：A文章编号：1671-9905(2012)07-0025-04自1997年A．K．Padhi等[1成功制备了橄榄石差热图由NET-ZSCHSTA

3、409PC型热重差热分析仪型的锂离子电池正极材料磷酸铁锂以来，作为制测定。备磷酸铁锂的原料磷酸铁备受关注[2-4]oKazuhiko2结果与讨论Kandori等【5]以Fe(C104)3和}{3PO4为原料，利用溶液法制备了球形磷酸铁水合物，并对其进行了2．1样品的表征表征、热化学及吸附性能研究；张梅芳等采用多图1为FePO4·2H2O粉体的XRD图谱，与扫描速率法(Friedman法和OzawaFlynnWal1)对标准图谱JCPDS(76．0451)二水磷酸铁的特征峰非FePO·4HO的脱水动力学进行了研究

4、。但是片状常吻合，属单斜晶系，空间群P21／n(14)，晶胞参数二水合磷酸铁的制备及用Coats—Redfem方法对磷为a：5．300．~，b：9．809Ao，c：8．714A，晶胞体积v：酸铁水合物脱水分解动力学的研究还未见报道。0．453nm0本文以Fe(NO3)3·9H2O和Na2HPO4·12H2O为原料，采用均相沉淀法制备了圆片状磷酸铁。利用多扫描速率法中Cogs．Redfem方法研究了水合磷酸铁的脱水过程及其热分解机理，为进一步认识磷酸铁及高温煅烧制备无水磷酸铁提供一定的理论依据。1实验部分1．1样

5、品的制备将Fe(NO3)3·9H2O和Na2HPO4·12H2O按化学计量比混和，加水溶解，加人表面活性剂M和沉淀10203040506070剂尿素，升温到80100~C，尿素开始缓慢分解，反应2。一段时间，出现白色沉淀后，继续反应0．5h，停止加图1FePO4·2H2O的XRD图谱热，冷却至室温。过滤，洗涤，将沉淀物在9O℃下烘Fig．1XRDpatternsofFePO4·2H2O干燥10h，得到白色磷酸铁粉体。图2为水合磷酸铁的SEM图，合成的FePO4·2H20粉体为圆片状，直径约1000nm，厚度约为

6、100nm。1．2测试仪器物相结构采用RigakuB／max一2500X射线衍射仪2．2TG．DAT分析(CuKa辐射)进行分析。晶体表面形貌用HITACHI图3为FePO·2HO在不同升温速率的TG—S-3400N型扫描电子显微镜测试，电压为25kV。热重．DAT曲线。由图3可以看出，在程序升温过程中，不收稿日期：2012．05．0226化工技术与开发第41卷3热分解动力学研究热分解动力学研究的核心是确定固相反应的机理和动力学参数，常用的方法有微分法、积分法、多重升温速率法、等温与非等温法相结合【7l、动力学

7、模式函数法及非线性等转化率微积分法等。等转化率积分法主要包括Flynnwall—Ozawa(FWO)法、Kissinger-Akahira．Sunose(KAS)法和Friedman法等”UJ，图2FePOa粉体的SEM照片但是在这些方法中均对“约化活化能”的数值应用Fig．2SEMimageofFePO4particles范围有一定的限制，而且计算过程中应用了积分近同升温速率时，样品失重速率基本相同。图4为升似引入误差[ill~温速率为1O℃·min时FePO4·2H2O的TG—DTA因此，本实验采用非线性等

8、转化率中的Coats．曲线，图中的TG曲线表明，当温度升高到约160"12Redfern积分法来求解磷酸铁水合物的热分解反应时样品开始失重，约260％时总失重率达20．16％，与的活化能、指前因子A和热分解机理函数Gf)。FePO·2H0中结晶水的重量百分数相一致，继续Coats—Redfem法是Coats和Redfem2人提出的升温后失重率基本不变，表明所制备的磷酸亚铁含求解积分方程