钛系复合型锂离子筛的制备及应用研究

摘要

海水、盐卤水中含有丰富的Li+，其中锂的储量远多于锂矿石中Li+的量。为解决从盐卤水提锂的技术问题，满足我国对锂日益增长的需求，需要选择合适的分离方法。而离子交换吸附法具有循环稳定、绿色环保、选择性强等特点，在盐卤水提锂方面具有广阔的应用前景。为了优化离子筛的性能，本文制备出掺锆的钛系复合型离子筛。
　　首先采用水热法、炭球模板水热法、溶剂热法三种方法合成Li4Ti5O12，并用XRD分析钛系氧化物的晶形结构，以SEM表征其表面形貌。实验结果表明：溶剂热法合成的样品，为尖晶石结构，衍射峰尖锐而且强度高，其复合氧化物是以纳米级椭圆孔交联成的三维网状的空间体系，所以选择用溶剂热法制备锂钛锆复合型氧化物。加入不同质量柠檬酸进行实验，确定适宜的柠檬酸的实验用量。分析溶剂热法合成锂钛锆复合氧化物中掺锆比例、焙烧温度等实验条件对晶体结构的影响，从而确定合成锂钛锆复合氧化物的适宜的实验条件。通过XRD和SEM分析可知，制备的复合氧化物为尖晶石结构，是纳米孔交织成的三维体系，孔径大部分为介孔且孔径为40nm左右。
　　以盐酸为脱锂剂做改型实验制备锂钛锆复合型离子筛，得到HCl浓度与Li+、Ti4+的抽出率的关系，当盐酸浓度为0.16mol/L时，Li+的浸出率高达83.83％，而Ti4+抽出率都低于0.48%，所以确定适宜的盐酸浓度为0.16mol/L。对影响离子筛IE-H交换容量的因素：pH值、锂离子浓度、温度分别做单因素实验和正交试验，确定交换吸附的适宜条件，在实验条件下饱和交换容量达到7.35mmol Li+/L，经过多次循环使用，离子筛对Li+的饱和交换容量的值变化幅度在0.02%以内，所以制备的离子筛的吸附循环稳定性很好。通过离子交换选择性和pH滴定曲线，可知锂离子筛对Li+很好的记忆性和离子交换选择性。
　　对锂钛锆复合型离子筛做Li+-H+的离子交换等温线实验，得到离子交换反应的质量作用商。采用Pitzer电解质理论计算出热力学平衡常数，然后进一步计算出标准自由能、标准焓变等热力学常数。由此可得：在实验条件变化范围内，ΔH0=-6642.97J/mol<0,ΔS015℃=-3.7953J/(mol·K)、ΔS025℃=-5.1912J/(mol·K)、ΔS035℃=-5.7160J/(mol·K)，从而可知钛系复合型离子筛Li+离子交换吸附反应自发进行，且是放热反应。
　　对粉末状的掺锆钛系锂离子筛进行造粒，从而得到粒状的锂离子筛。其静态对Li+的饱和交换容量为17.77mg/g，在柱交换时对Li+的交换容量为13.42mg/g，应用效果较好。

目录

1 文献综述

1.1锂的概述

1.2提锂技术

1.3离子交换剂

1.4 离子筛

1.5 Li4Ti5O12及其改性

1.6 本研究课题的目的和意义及研究内容

2 锂钛锆复合型氧化物的制备

2.1实验试剂与仪器

2.2 三种方法合成锂钛复合型氧化物

2.3锂钛复合氧化物的表征

2.4 溶剂热法合成锂钛锆复合型氧化物

2.5本章小结

3锂钛锆复合型离子筛的制备及其吸附性能测试

3.1实验试剂与仪器

3.2实验过程

3.3 实验结果与讨论

3.4 本章小结

4 复合型离子筛的热力学以及应用实验

4.1热力学部分

4.2离子筛的应用实验

4.3 本章小结

5 结论

参考文献

致谢

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