论文部分内容阅读
锂是极其重要的能源金属元素,我国卤水锂资源丰富,但盐湖卤水中的高镁锂比值,是卤水提锂的最大阻碍。H1.6Mn1.6O4是目前已知的吸附容量最大、选择性高、性质稳定的锂离子筛。从高镁锂比盐湖卤水和海水提锂,锂离子筛吸附法是最具前景的方法之一。但其粒径很小,实际操作中极易流失。因此有必要在保证其优良的吸附性能的前提下,对其进行成型改性,提高应用性。论文采用水热-低温固相合成锂离子筛前驱体Li1.6Mn1.6O4,经过盐酸洗脱得到锂离子筛H1.6Mn1.6O4。通过扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和原子吸收光谱仪(AAS)对锂离子筛进行表征,检测并研究其吸附、解吸附性能。结果表明:锂离子筛前驱体在盐酸浓度为0.5 mol·L-1、洗脱温度30℃、液固比为500:1(mL/g)、洗脱时间为12 h时,锂的洗脱率在92%以上,锰的溶损率<2.0%,溶损率较低。锂离子筛在低浓度的锂溶液中首次吸附12 h即可达到26.0 mg·g-1的,最大可达34.56 mg·g-1;锂离子筛经五次循环后吸附容量损失4.0%,表现出很好的稳定性。采用亲水性的聚合物膜材料聚丙烯腈(PAN),通过相转换法制备PAN-H1.6Mn1.6O4膜状吸附剂,并通过SEM、Li+静态吸附实验、(NH4)2S2O8对锂的洗脱实验和卤水中吸附实验对膜的结构和性能进行了研究。结果表明,PAN浓度为10 wt%,H1.6Mn1.6O4的负载量为50 wt%时,PAN-H1.6Mn1.6O4离子筛膜的吸附容量为17.45 mg·g-1,达到粉末状吸附容量的88.0%。以(NH4)2S2O8溶液为洗脱剂,当浓度为0.3 mol·L-1、液固比为600:1、时间为12 h时,锂洗脱量为17.23 mg·g-1,锰溶损率仅为1.14%,低于盐酸洗脱的锰溶损率。在含有大量Na+,K+,Mg2+和Ca2+离子的罗布泊老卤卤水中,锂离子筛膜对Li+有很高的选择性。其在模拟卤水中的吸附量比纯锂溶液中的吸附量降低了34.4%,主要是由于Mg2+的竞争。在模拟卤水进行十次吸附-解吸循环,吸附量从11.64 mg·g-1下降到10.94 mg·g-1,仅损失了6.0%,可见PAN-H1.6Mn1.6O4膜吸附剂可用于富集卤水中的锂资源。总体结果表明亲水性载体对H1.6Mn1.6O4吸附容量影响较小,温和的洗脱剂有利于锂离子筛膜的化学稳定性。分别制备出球形颗粒、中空纤维膜、静电纺丝膜和平板膜状的PAN-H1.6Mn1.6O4吸附剂。通过在不同浓度的锂溶液、不同温度、不同时间和5次循环的吸附实验,结果表明PAN-H1.6Mn1.6O4中空纤维膜吸附剂具有最大的吸附容量。在自制的动态吸附-解吸装置进行动态实验,压力0.05 MPa、进料流量10 L·h-1时,中空纤维膜吸附剂对锂溶液和模拟卤水中的吸附率分别为91.8%和87.6%。在卤水中锂的单级回收率为86.25%,其他离子的回收率低于0.5%,其对卤水中的锂具有很好的分离性能。