ZrO<,2>的制备、表征及锂吸附性能研究

来源 :华东理工大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:liuyongqiang615
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对于高Mg/Li比卤水锂资源,吸附法提锂具有非常重要的应用前景,其核心是研发具有锂选择性吸附功能的离子筛材料。虽然MnO2和TiO2离子筛均表现出良好的Li+选择性吸附性能,但其耐酸稳定性低、循环使用性能不高。因此,研究开发出一种稳定性高、吸附量大的新型离子筛对卤水提锂有重要的意义。锆与钛、锰同属过渡元素,其氧化物具有很多相似的物理化学性质,并且氧化锆具有优良的耐腐蚀性和热稳定性,该类材料可能是一种有效的Li+选择性吸附材料。目前没有锆系离子筛的相关研究报道,本课题首次对该类材料的卤水提锂性能做了探索性的研究。 论文采用水热法制备了四方相和单斜相ZrO2,进一步合成了不同化学组成和晶相结构的LixZryOz化合物前驱体,并通过酸浸脱锂处理后得到相应的ZrO2离子筛;应用XRD,SEM和BET等表征方法研究了物质的晶相结构、表面形貌和比表面积等物理化学性质;通过吸附热力学、吸附动力学、脱附动力学等实验对Li+嵌入—脱嵌过程能进行了研究,探讨了离子筛结构与性能之间的关系。 以Zr(OH)4和商品ZrO2为原料,在NaOH碱性溶液环境中采用水热合成方法分别制备得到了纯四方相和单斜相两种ZrO2。 随着反应温度升高,产物由四方相ZrO2逐渐转变为单斜相ZrO2,NaOH溶液浓度越高,产物颗粒粒度越小。商品ZrO2经过水热改性后,产物为单斜相ZrO2小颗粒;进一步分别以四方相和单斜相ZrO2与LiOH进行高温固相反应,当Li/Zr摩尔比为2.1:1、焙烧温度为550-800℃时,可制备出棒状或长片状的四方晶相Li2ZrO3,温度升高至950℃时,产物为长方形块状或松球状单斜晶相Li2ZrO3;Li/Zr摩尔比为3.5:1,950℃下可得到单斜晶相Li6Zr2O7;LixZryOz前驱体酸浸脱锂处理后,所得离子筛均保留了部分前驱体晶相结构,离子筛由分散性较好的小颗粒组成,比表面积较前驱体有所提高;四方/单斜Li2ZrO3和单斜Li6Zr2O7对应离子筛的最大吸附量分别为0.78、0.44和0.26mmol·g-1,吸附速率和平衡吸附量随着吸附液中Li+的浓度的升高而提高。 采用Freundlich方程可以较好的拟合吸附等温线,样品的1/n值均为0.7左右,说明吸附较容易进行,且离子筛所吸附的锂离子可被稀酸液完全脱附。 以上研究探索说明,ZrO2可以改性成为具有Li+选择性吸附性能的离子筛,是一种具有潜在开发价值的新型卤水提锂材料。
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