为什么单质硫和硫化物在室温下是电子与离子的绝缘体

为什么单质硫和硫化物在室温下是电子与离子的绝缘体

锂硫电池主要存在三个主要问题：1、锂多硫化合物溶于电解液；2、硫作为不导电的物质，导电性非常差，不利于电池的高倍率性能；3、硫在充放电过程中，体积的扩大缩小非常大，有可能导致电池损坏

锂硫电池存在的问题主要有

第一、单质硫的电子导电性和离子导电性差，硫材料在室温下的电导率极低(5.0×10-30S·cm-1)，反应的最终产物Li2S2和Li2S也是电子绝缘体，不利于电池的高倍率性能

第二、为锂硫电池的中间放电产物会溶解到有机电解液中,增加电解液的黏度，降低离子导电性。多硫离子能在正负极之间迁移，导致活性物质损失和电能的浪费。（Shuttle效应）。溶解的多硫化物会跨越隔膜扩散到负极,与负极反应,破坏了负极的固体电解质界面膜(SEI膜)。

第三、锂硫电池的最终放电产物Li2Sn(n=1~2)电子绝缘且不溶于电解液,沉积在导电骨架的表面部分硫化锂脱离导电骨架,无法通过可逆的充电过程反应变成硫或者是高阶的多硫化物,造成了容量的极大衰减。

第四、硫和硫化锂的密度分别为2.07和1.66g·cm-3,在充放电过程中有高达79%的体积膨胀/收缩,这种膨胀会导致正极形貌和结构的改变,导致硫与导电骨架的脱离,从而造成容量的衰减这种体积效应在纽扣电池下不显著,但在大型电池中体积效应会放大,会产生显著的容量衰减，有可能导致电池的损坏，巨大的体积变化会破坏电极结构

第五、锂硫电池使用金属锂作为负极,除了金属锂自身的高活性,金属锂负极在充放电过程会发生体积变化,并容易形成枝晶。

第六、锂硫电池实验室规模的研究开展较多,单位面积上硫载量一般都在3.0mg·cm-2以下,开展高负载量极片的研究对于获得高性能锂硫电池具有重要价值。

本人为环境工程专业，下面的是我搜索到的一些期刊、学位论文。原文内容数万字，下面的只是摘要部分。应该能够给楼主提供一个不错的样板和内容参考。我下载了完整版的，楼主留下邮箱，大概10余篇，我email发给你。

中南大学硕士学位论文

重金属废渣硫固定稳定化研究

摘要

针对重金属固体废物中有价金属元素的分离和回收，以及通过金属分离后全面经济地对残渣进行综合利用新技术缺乏的现状，课题组提出了合成人工硫化矿并开发硫磺建材的硫固定处理新技术，旨在利用我国丰富的硫资源，将废渣中的重金属硫化为金属硫化物，加以浮选回收，而废渣中残余重金属通过硫固定包裹等固定手段实现无害化处理，并最终可将废渣开发成一种新型硫磺建材。

作为此项目的前期工作，本研究主要集中于确定废渣中重金属硫固定的优化工艺，研究筛选添加剂提高固定效果，并对重金属的硫化促进与强化过程进行研究，为以后的金属回收奠定基础。主要研究结果如下：

(1)确定了重金属废渣硫固定的优化工艺条件。以某冶炼厂硫化中和渣为研究对象，发现单质硫能有效固定硫化中和渣中的Cd、Zn，而对固定工艺的进一步研究发现：粗细废渣颗粒的混合有利于Cd的固定；重金属的固定效果随着硫磺加入量的增加而增强，当加硫率为55％时，Cd浓度降为0．248mg／L，低于浸出毒性鉴别标准的0．3mg／L；硫固定过程能在较短的加热搅拌时间内达到很好的效果；其最优固化温度为140℃；固化体冷却方式对重属固定效果及固化体的表面形貌影响不大。此外，固化体的长期浸出试验表明，重金属在硫磺固化体中能被有效地包裹与固定。

(2)开发了能提高重金属固定效果的有效添加剂。在所考察的NaOH、Na2S03、Ca(OH)2、NaN02、Na2S203"5I-／20、Na2S·9H20和Na2C03七种添加剂中，NaOH、Ca(OH)2和Na2C03能提高硫固定效果。其中NaOH能提高固化体在中性及酸性浸出条件下的固定效果，而另两种添加剂能提高其在中性条件下的固定效果。三种有效添加剂的最佳用量视固化效果的要求而定，NaOH与Ca(OH)2的对固定效果的提高作用优于Na2C03。此外，三种添加剂都能减少固化体达到固定效果所需的硫磺用量。单质硫对重金属的固定作用主要来自于固化体的宏观包容与微观包容，属于物理固定。

添加剂Ca(OH)2与Na2C03通过提高浸出液pH值来提高固定效果，而NaOH能促进重金属的硫化作用：生成不溶于水也不溶于酸的金属硫化物，使体系发生了化学固定，从而提高固定效果。

(3)探讨了重金属硫化促进与强化过程，为进一步的金属硫化浮选回收打下基础。热力学计算及试验验证表明，不同重金属发生硫化反应的趋势为：Pb>Cd>Zn。采用机械活化促进硫化时，随着球磨时间的延长，样品的衍射峰出现矮化与宽化。PbO与S混合球磨5h后即生成PbS与PbS04晶体；CdO与S的混合物球磨60h后才开始出现CdS晶体；而ZnO与S的混合物在球磨60h后仍没有新的晶型出现。对于Cd与Zn，单独的机械活化不能有效实现其硫化，而加热强化与添加剂强化都能使Cd与Zn的硫化反应易于发生。此外，采用黄铁矿代替单质硫作为硫源时，重金属硫化反应能在较短的球磨时间内发生，过量FeS2有利于CdO、ZnO的硫化过程。

关键词：硫固定，重金属废渣，浸出毒性，添加剂，硫化

土壤聚合物的制备及其固化重金属离子的研究

金漫彤1, 2 ,沈学优1

[摘要] 土壤聚合物(土聚物)是一种新型的无机聚合物,其分子链由S i, O, A l等以共价键连接而成,是具有网络结构的类沸石,对重金属有较强的固定作用。初步探索了用偏高岭土、碱激活剂等合成土聚物的工艺条件,研究了原料配方、水的加入量对土聚物性能的影响。当氧化硅与氧化铝的摩尔比为4. 0～4. 5、氧化钠与氧化硅的摩尔比为0. 27～0. 35时, 得到了抗压强度大于48M Pa的土聚物用其固化Zn2 + , Pb2 + , Cu2 +和Cd2 + ,其对上述重金属离子的捕集效率为96. 86% ～99. 86%。

[关键词] 偏高岭土碱性激活剂土壤聚合物固化重金属离子

浙江工业大学硕士学位论文

土壤聚合物及其固化重金属危险废物的研究

摘要

重金属废物是环境污染的一类重要物质，重金属废物的处理，除了其中一部分可回收利用外，其中大部分都需要进行稳定化处理，以达到无害化的目的。常规的稳定化技术，会存在二次污染等缺陷。土壤聚合物是由硅铝氧化合物经土壤聚合反应后形成的，具有铝硅酸盐网络状结构，能有效固定有毒离子的新型胶凝材料。

本研究以高岭土为原料，在碱激活剂的作用下，合成了土壤聚合物。研究了氧化物配比、水量、养护温度、碱激活剂等对其抗压强度的影响。而后在土壤聚合物合成过程中，进行了掺加粉煤灰和高炉矿渣的实验，发现掺加量将近40％时，’抗压强度还在30MPa以上。在此基础上进行固含Pb、Cu、Zn、Cd等化合物以及铬渣的研究。通过抗压强度、浸出毒性的测试和X射线衍射、扫描电镜等实验分析，获得了大量的土壤聚合物特性及及其处理重金属危险废物的数据。研究得出土壤聚合物的最优配比为n(Si02)／n(A1203)=4．1、n(Na20)／n(Si02)=O．31，抗压强度可达到56MPa以上，满足建筑材料的要求，固化一部分重金属废物后可以同时满足建筑材料和环境保护的要求。研究同时发现土壤聚合物具有良好的抗酸和抗硫酸盐性能，

在一般的酸雨条件下不受影响，抗硫酸盐侵蚀实验中抗蚀系数为1．025。为利用土壤聚合物进行重金属废物的处理及资源化奠定基础。

关键词：偏高岭土，土壤聚合物，重金属，抗压强度，浸出毒性

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