氯化镁熔盐水合物的电化学性质研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0147

无机盐工业 ›› 2024, Vol. 56 ›› Issue (2): 51-56.doi: 10.19964/j.issn.1006-4990.2023-0147

氯化镁熔盐水合物的电化学性质研究

董明哲¹^,²(), 李可昕¹^,²^,⁴, 叶秀深¹^,², 马珍³, 李生廷³, 李权¹^,², 吴志坚¹^,²()

^1.中国科学院青海盐湖研究所，中国科学院盐湖资源综合高效利用重点实验室，青海西宁 810008
^2.青海省盐湖资源化学重点实验室，青海西宁 810008
^3.青海盐湖工业股份有限公司，青海格尔木 816000
^4.中国科学院大学，北京 100049

收稿日期:2023-03-16 出版日期:2024-02-10 发布日期:2024-02-06
通讯作者: 吴志坚（1965— ），男，博士，研究员，研究方向为轻合金与吸附分离；E-mail：zjwu@isl.ac.cn。
作者简介:董明哲（1985— ），男，博士，助理研究员，研究方向为熔盐电解及轻合金的合成；E-mail：dongmingzhe@isl.ac.cn。
基金资助:
国家自然科学基金项目(U21A20323);国家自然科学基金项目(U20A20147);青海盐湖工业股份有限公司科技计划项目(E141GH01);青海省中青年科技人才托举工程项目(2021QHSKXRCTJ29)

Study on electrochemical properties of magnesium chloride molten salt hydrates

DONG Mingzhe¹^,²(), LI Kexin¹^,²^,⁴, YE Xiushen¹^,², MA Zhen³, LI Shengting³, LI Quan¹^,², WU Zhijian¹^,²()

^1.Key Laboratory of Comprehensive and Highly Efficient Utilization of Salt-lake Resources，Qinghai Institute of Salt-lakes，Chinese Academy of Sciences，Xining 810008，China
^2.Key Laboratory of Salt-lake Resources Chemistry of Qinghai Province，Xining 810008，China
^3.Qinghai Salt Lake Industry Co. ，Ltd. ，Golmud 816000，China
^4.University of Chinese Academy of Sciences，Beijing 100049 China

Received:2023-03-16 Published:2024-02-10 Online:2024-02-06

摘要/Abstract

摘要：

熔盐水合物一般是指水盐物质的量比小于或等于阳离子水合数或配位数的无机盐熔体，对其性质进行研究有助于深入了解无机盐结晶水合物的脱水过程和脱水机理。测定了不同组成的MgCl₂-H₂O体系以液态存在的最低温度及其在不同温度下的电导率，并采用循环伏安法研究了MgCl₂-H₂O体系和MgCl₂-KCl-H₂O体系的电化学性质。结果表明：在相同温度下，MgCl₂-H₂O体系稀溶液的电导率随着含水量的降低先增大后逐渐减小，当含水量相同时，MgCl₂-H₂O体系电导率随着温度的升高逐渐增大；在浓溶液和熔盐水合物中，相同温度下电导率随着含水量的降低逐渐减小；对于MgCl₂-H₂O体系，当达到氧化或还原电位时，阳极和阴极电流均随着含水量的增加而明显增大；在MgCl₂熔盐水合物中加入KCl后，熔盐水合物体系中Cl^-浓度增大，Cl^-置换了水合镁离子中的部分水分子，使氢的还原更加容易；在MgCl₂·6H₂O脱水过程中，Cl^-的加入可以抑制MgCl₂·6H₂O水解反应的发生，从而更有利于MgCl₂·6H₂O的脱水。

关键词: 氯化镁, 熔盐水合物, 电导率, 循环伏安实验

Abstract:

Molten salt hydrates（MSHs） are inorganic salt melts in general，in which the molar ratio of water-to-salt is less than or equal to the hydration number or coordination number of the cation.To comprehend the dehydration procedure and mechanism of inorganic salt hydrates thoroughly，it is essential to study their characteristics.The conductivity of the MgCl₂-H₂O system at various temperatures was measured，as well as the lowest temperature at which the system with different compositions existed in liquid form.By employing the cyclic voltammetry technique，the electrochemical characteristics of the MgCl₂-H₂O and MgCl₂-KCl-H₂O systems were comprehensively investigated.The conductivity was increased initially and then was steadily decreased when the water content of the MgCl₂-H₂O system was decreased at the same temperature.The conductivity was gradually increased when the temperature was increased at the same water content in dilute solution.The conductivity was decreased with the decrease of water content in concentrated solutions or MSHs at the same temperature；The anodic and cathodic currents in the MgCl₂-H₂O system were dramatically increased with increasing water content after reaching the oxidation or reduction potential in cyclic voltammetry tests.The concentration of Cl^- in the molten salt hydrate system was increased after adding KCl，and Cl^- replaced some water molecules in the hydrated magnesium ions，making hydrogen reduction easier.In the dehydration of MgCl₂·6H₂O，the addition of Cl^- could decrease the hydrolysis reaction of MgCl₂·6H₂O，making it more conducive to dehydration of MgCl₂·6H₂O.

Key words: magnesium chloride, molten salt hydrate, conductivity, cyclic voltammetry

中图分类号:

O646

董明哲, 李可昕, 叶秀深, 马珍, 李生廷, 李权, 吴志坚. 氯化镁熔盐水合物的电化学性质研究[J]. 无机盐工业, 2024, 56(2): 51-56.

DONG Mingzhe, LI Kexin, YE Xiushen, MA Zhen, LI Shengting, LI Quan, WU Zhijian. Study on electrochemical properties of magnesium chloride molten salt hydrates[J]. Inorganic Chemicals Industry, 2024, 56(2): 51-56.

图/表 6

图1

图2

图3

表1

图4

图5

参考文献 23

1	EMONS H H.Structure and properties of molten salt hydrates［J］.Electrochimica Acta，1988，33（9）：1243-1250.
2	ZHOU Hong， ZHANG Dong.Effect of graphene oxide aerogel on dehydration temperature of graphene oxide aerogel stabilized MgCl₂⋅6H₂O composites［J］.Solar Energy，2019，184：202-208.
3	NARESH G， RAJASEKHAR A， BHARALI J，et al.Homogeneous molten salt formulations as thermal energy storage media and heat transfer fluid［J］.Journal of Energy Storage，2022，50：104200.
4	LI Yaxi， LI Chuanchang， LIN Niangzhi，et al.Review on tailored phase change behavior of hydrated salt as phase change materials for energy storage［J］.Materials Today Energy，2021，22：100866.
5	刘伟，李振明，刘铭扬，等.高温相变储热材料制备与应用研究进展［J］.储能科学与技术，2023，12（2）：398-430.
	LIU Wei， LI Zhenming， LIU Mingyang，et al.Review of high-temperature phase change heat storage material preparation and applications［J］.Energy Storage Science and Technology，2023，12（2）：398-430.
6	LIU Gang， XIE Yujiao， WEI Chunjie，et al.Synergistic catalysis of species in molten salt hydrate for conversion of cellulose to 5-hydroxymethylfurfural［J］.Biomass and Bioenergy，2022，158：106363.
7	WANG Jinghua， WANG Jiangang， CUI Hongyou，et al.Promotion effect of molten salt hydrate on co-esterification of biomass-derived levulinic and formic acids［J］.Fuel，2022，321：124077.
8	TRAN T Q， ZHENG Weiqing， TSILOMELEKIS G.Molten salt hydrates in the synthesis of TiO₂ flakes［J］.ACS Omega，2019，4（25）：21302-21310.
9	ZHENG Jiaxin， TAN Guoyu， SHAN Peng，et al.Understanding thermodynamic and kinetic contributions in expanding the stability window of aqueous electrolytes［J］.Chem，2018，4（12）：2872-2882.
10	戴宇成，王增鹏，刘凯豹，等.基于相变材料的储热器及其传热强化研究进展［J］.储能科学与技术，2023，12（2）：431-458.
	DAI Yucheng， WANG Zengpeng， LIU Kaibao，et al.Research progress of heat storage and heat transfer enhancement based on phase change materials［J］.Energy Storage Science and Technology，2023，12（2）：431-458.
11	ZHANG Zhimin， LU Xuchen， WANG Tizhuang，et al.The dehydration of MgCl₂·6H₂O in MgCl₂·6H₂O-KCl-NH₄Cl system［J］.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2014，110：248-253.
12	王芹，郭亚飞，王士强，等.水氯镁石脱水技术的研究进展［J］.无机盐工业，2011，43（4）：6-10.
	WANG Qin， GUO Yafei， WANG Shiqiang，et al.Progress in dehydration technique of bischofite［J］.Inorganic Chemicals Industry，2011，43（4）：6-10.
13	宋丽英，胡庆福，胡晓波.六氨氯化镁制备与应用［J］.无机盐工业，2016，48（7）：1-3，6.
	SONG Liying， HU Qingfu， HU Xiaobo.Preparation and application of hexammoniated magnesium chloride［J］.Inorganic Chemicals Industry，2016，48（7）：1-3，6.
14	XU Jiaxing， LI Tingxian， YAN Taisen，et al.Dehydration kinetics and thermodynamics of magnesium chloride hexahydrate for thermal energy storage［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，2021，219：110819.
15	张文政，刘正，毛萍莉.镁金属提炼和精炼工艺的研究进展［J］.机械工程材料，2013，37（11）：12-16.
	ZHANG Wenzheng， LIU Zheng， MAO Pingli.Research progress in magnesium production and refining processes［J］.Materials for Mechanical Engineering，2013，37（11）：12-16.
16	KARUNADASA K S P， RAJAPAKSE R M G， PITAWALA H M T G A，et al.Microstructural insight into the thermal decomposition of MgCl₂·6H₂O examined by in situ high-temperature X-ray powder diffraction［J］.Journal of Solid State Chemistry，2023，322：123965.
17	ZHANG Zhimin， LU Xuchen， YAN Yan，et al.The dehydration of MgCl₂·6H₂O by inhibition of hydrolysis and conversion of hydrolysate［J］.Journal of Analytical and Applied Pyrolysis，2019，138：114-119.
18	DAI Liu， LONG Xinfeng， LOU Bo，et al.Progress in thermochemical energy storage for concentrated solar power：A review［J］.International Journal of Energy Research，2018，42（15）：4546-4561.
19	DING Wenjin， YANG Fan， BONK A，et al.Molten chloride salts for high-temperature thermal energy storage：Continuous electrolytic salt purification with two Mg-electrodes and alternating voltage for corrosion control［J］.Solar Energy Materials and Solar Cells，2021，223：110979.
20	HUININK H P， ZAHN D.Elucidating water dynamics in MgCl₂ hydrates from molecular dynamics simulation［J］.Solid State Sciences，2017，69：64-70.
21	CAI Houqin， LI Huiji， WANG Mei，et al.Microscopic insight into the ion aggregation characteristics in aqueous MgCl₂ and MgCl₂-LiCl solutions：Implications for Mg²⁺/Li⁺ separation［J］.Journal of Molecular Liquids，2019，273：374-382.
22	LI Cheng， ZHAO Bin， GUO Hongfei，et al.Stable phase equilibrium of the quaternary system NaCl-MgCl₂-NH₄Cl-H₂O at 348.15 K and its application in industry［J］.The Journal of Chemical Thermodynamics，2020，146：106102.
23	ZHANG Zhimin， LU Xuchen， YAN Yan.A novel pathway for the preparation of Mg metal from magnesia［J］.Journal of Magnesium and Alloys，2022，10（10）：2847-2856.

n（MgCl₂）∶ n（H₂O）	阴阳极峰值电流/A
n（MgCl₂）∶ n（H₂O）	阳极峰值电流	阴极峰值电流1	阴极峰值电流2
1∶20	0.212	-0.199	—
1∶15	0.202	-0.196	—
1∶10	0.122	-0.128	—
1∶9	0.288	-0.144	-0.308
1∶8	0.259	-0.112	-0.264
1∶7	0.223	-0.079	-0.212
1∶6.5	0.150	-0.039	-0.211
1∶6	0.116	-0.024	-0.003

[1]	陈奇, 廖丹葵, 张庆年, 严金生, 黄煜, 陈小鹏, 童张法. 电导率法快捷高效测定生石灰活性度[J]. 无机盐工业, 2023, 55(9): 114-120.
[2]	康乐, 景茂祥, 李东红, 扈鑫雨, 贾春燕. 铝酸锂纳米棒改性固态电解质的制备及电化学性能研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(8): 65-70.
[3]	王锦吉, 赵亮, 张孟辉, 徐寒露, 董辉. 氯化镁中试热解炉热工过程数值计算研究[J]. 无机盐工业, 2023, 55(12): 140-145.
[4]	张宇,祁晓玉,冯梦瑶,孙楠楠,赵翠莲. 电导率调控介孔二氧化硅增透膜透过性能的研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(8): 80-84.
[5]	东鹏,周英杰,侯敏杰,杨冬荣,戴永年,梁风. 钠离子电池正极材料Na3V2（PO4）3研究进展[J]. 无机盐工业, 2022, 54(5): 1-10.
[6]	邓良明,蒋志税,李一凰. 盐湖水氯镁石复合精制实验研究[J]. 无机盐工业, 2022, 54(10): 52-56.
[7]	梁天权,郭燕,陈锡勇,詹峰,张修海,曾建民. 纳米ScSZ基电解质中低温导电性研究进展[J]. 无机盐工业, 2021, 53(6): 87-94.
[8]	李非,周建敏,李铖钰,徐文涛,张昕玥,李欣伟,王军,纪志永,赵颖颖,郭小甫,袁俊生. 氯化铵转化新工艺的机理及条件探究[J]. 无机盐工业, 2021, 53(3): 48-53.
[9]	陈云飞,毛丽莉,刘丹,王海增. 六水氯化镁在六种多元醇中溶解度的测定和关联[J]. 无机盐工业, 2021, 53(12): 85-90.
[10]	卢超,李明明,吴小强,安旭光,孔清泉,王小炼. 固态无机电解质Li₇La₃Zr₂O₁₂的改性研究进展[J]. 无机盐工业, 2021, 53(11): 10-16.
[11]	王国胜,韩思宇,唐凤翔,徐榕徽. 改性碱式氯化镁晶须/丁苯橡胶复合材料制备与性能研究[J]. 无机盐工业, 2020, 52(3): 51-54.
[12]	赵艳琴,闫书山,王岭,曹吉林. Ba ²⁺和In ³⁺共掺杂硅酸镧固体电解质的制备及性能[J]. 无机盐工业, 2020, 52(1): 49-53.
[13]	乌志明，张洪帮，宋磊，白文. 氢氧化镁连续生产时高镁垢形成机理初探[J]. 无机盐工业, 2019, 51(10): 77-80.
[14]	郑焱, 何伟艳. 氯化镁-白云石为原料制备氢氧化镁的研究[J]. 无机盐工业, 2016, 48(8): 52-.
[15]	宋丽英, 胡庆福, 胡晓波. 六氨氯化镁制备与应用[J]. 无机盐工业, 2016, 48(7): 1-.

首页

全国无机盐信息中心

中国化工学会

无机酸碱盐专业委员会

氯化镁熔盐水合物的电化学性质研究

Study on electrochemical properties of magnesium chloride molten salt hydrates

RichHTML

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 6

参考文献 23

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0

首 页

氯化镁熔盐水合物的电化学性质研究

Study on electrochemical properties of magnesium chloride molten salt hydrates

RichHTML

PDF (PC)

可视化

引用本文

使用本文

首页