锂离子吸附剂的制备及其特性研究

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锂及其化合物应用广泛,有很高的战略价值,未来的需求量将越来越大。目前国外90%以上的锂产品来自于卤水提锂,但由于我国的盐湖多具有较高的镁锂比,而高镁锂比卤水中锂的提取非常困难。常见的卤水提锂技术主要是沉淀法、煅烧浸取法和溶剂萃取法,但由于各自的缺点使其应用受到了限制。吸附法提锂技术,因锂吸附剂可选择性地直接从低浓度溶液中吸附提取锂,因而受到了广泛关注。吸附法提锂的关键是开发出性能优良的锂吸附剂,其应具有饱和吸附量大、选择性高、可循环使用、价格低廉、无污染等特点。无机锂离子吸附剂的合成方法主要有高温固相法、水热法和溶胶-胶凝法。本研究以LiOH-H2O和Mn3O4为原料,采用高温固相法制备了前躯体LiMn2O4,前躯体经酸洗之后转变为锂吸附剂λ-MnO2。采用XRD, TG-DSC, SEM等分析手段对前躯体LiMnO2和锂吸附剂λ-MnO2进行表征,考察制备条件对前躯体LiMn2O4晶体结构和锂吸附剂λ-MnO2饱和吸附量的影响,还研究了锂吸附剂λ-MnO2的分配系数Kd、分离度α及pH滴定曲线等吸附性质。结果表明:焙烧温度和焙烧时间对前躯体LiMn2O4的晶体结构和锂吸附剂λ-MnO2的饱和吸附量均有影响,λ-MnO2的饱和吸附量随焙烧温度的升高呈现出先增大后减小的趋势,但变化幅度不大,λ-MnO2的饱和吸附量随焙烧时间的延长同样呈现出先增大后减小的趋势,变化幅度也不大。酸洗之后所得吸附剂λ-MnO2的晶体结构并没有改变,仍为尖晶石构型,表明Li+的脱出是拓扑进行的,锂的洗脱率达到95%。离子筛λ-MnO2的饱和吸附量达到30.9mg/g,这在同种锂吸附剂中是非常高的,并且该锂离子筛对Li+具有非常高的选择性。在pH=5-13的范围内,λ-MnO2的饱和吸附量随pH值的增大而增大,当pH≤11时,增加缓慢,当pH≥11时,急剧增加,表明一定浓度OH-的存在能极大的促进吸附反应进行的程度。吸附过程符合拟二级动力学模型,等温吸附过程符合Freundlich等温吸附模型。
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