尖晶石型锂离子筛制备方法及Li+/H+交换性能研究

摘要

离子交换法被认为是从盐湖卤水、海水中富集Li+的最有开发潜力的方法之一，而尖晶石型LiMn2O4及其掺杂取代化合物已被普遍认为是较理想的锂离子筛前驱体材料而被多国科研人员研究了多年。
　　本文第一章为引言，包括课题背景的介绍、文献综述和对全文内容的简介。
　　第二章为带孔微球形貌LiMn2O4的制备及离子交换性能研究。配置500mL0.03000mol/L的MnSO4溶液，并加入100mL无水乙醇，然后在磁力搅拌下缓缓滴入0.3000mol/L的NH4HCO3水溶液500mL，陈化2–3h后弃去上清液，过滤，滤饼烘干后得MnCO3微球，将所得MnCO3微球在350℃下焙烧4h，冷却至室温后用0.1mol/L盐酸浸泡至无气泡产生，过滤，洗涤干燥后得MnO2带孔微球，最后经LiOH溶液浸渍、蒸发除水后在700℃下热结晶10h制得带孔微球LiMn2O4。对LiMn2O4进行(NH4)2S2O8溶液脱锂测试，测试结果表明选择90℃既有利于提高Li+脱除率又能显著降低Mn溶损。对LiMn2O4进行(NH4)2S2O8溶液脱除Li+后得锂离子筛材料H-Mn-O，SEM和XRD测试结果表明脱锂前后样品的晶相和形貌基本维持。考察了浸泡时间、溶液碱度、温度对H-Mn-O吸附Li+的影响，测试结果表明H-Mn-O在pH=10下经12 h浸泡后其对Li+的吸附量可达3.04 mmol/g。吸附选择性测试结果表明其对Li+有很高的吸附选择性。
　　第三章为棒状形貌的LiMn2O4的制备及Li+脱嵌性能研究。先以MnSO4·H2O为锰源、NaClO3为氧化剂并添加PVP，采用水热法制得β-MnO2微纳管，再用0.65mol/L的LiOH溶液浸渍后，80℃蒸发除水，然后以2℃/min的升温速率升至700℃并恒温10h制得棒状结构LiMn2O4，经(NH4)2S2O8溶液脱锂制得棒状H-Mn-O。将H-Mn-O进行Li+吸附性能测试，其在pH=10下经24h可达2.31mmol/g的Li+吸附量。选择性测试表明其具有50.6的Li/Mg分配系数比。
　　第四章内容为制备微纳管状形貌的富锂型Li1+xMn2O4+y锂离子筛前驱体材料。将水热合成的β-MnO2微纳管用LiOH溶液浸渍（控制n(Li):n(Mn)=0.65:1），80℃蒸发除水后放入马弗炉中以每分钟2℃的升温速率升至650℃，然后恒定温度5h，即可得前驱体。SEM扫描图片显示，经焙烧后所得样品仍保持微纳管结构，但XRD测试表明其晶相中杂质峰增多且强度增加。
　　第五章内容为采用流变相法制备LiAlMnO4，并考察其离子交换性能。结果表明采用该法可在600℃经5h焙烧即得晶相纯净度高的尖晶石型LiAlMnO4，且脱除Li+后样品仍维持尖晶石型晶型。其脱锂后所得锂离子筛对Li+的最大吸附量均大于30mg/g。

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第1章 引 言

1.1 地球上锂分布及开发现状

1.2 液态锂资源开发利用研究现状

1.3 尖晶石型LiMn2O4及其掺杂取代物的离子交换机理和合成方法

1.4 本文研究内容

第2章 带孔微球LiMn2O4制备和Li+/H+交换性能研究

2.1 前言

2.2 实验部分

2.3 结果与讨论

2.4 小结

第3章 棒状结构LiMn2O4制备和Li+/H+交换性能研究

3.1 前言

3.2 实验部分

3.3 结果与讨论

3.4 小结

第4章 微纳管状Li1+xMn2O4+y制备和Li+/H+交换性能研究

4.1 前言

4.2 实验部分

4.3 结果与讨论

4.4 小结

第5章 流变相法制备LiAlMnO4和Li+/H+交换性能研究

5.1 前言

5.2 实验部分

5.3 结果与讨论

5.4 小结

第6章 结论与展望

参考文献

致谢

附录 论文中各图中相对应的实验数据

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