掺杂型离子交换剂的制备及其交换性能研究

摘要

以乙酸锂、乙酸镍和乙酸锰为主要原料，采用溶胶—凝胶法，合成出一系列掺镍的锂锰氧化物LiNixMn2-xO4(x=0.00，0.05，0.10，0.20)作锂离子筛前驱体。通过正交试验得到合成锂离子筛前驱体的最佳条件为：镍的掺杂量x为0.05、螯合剂为柠檬酸、焙烧温度700℃、焙烧时间8h。对其尖晶石结构及酸稳定性进行了测定，并选用0.5mol/L过硫酸铵做改型剂对合成的锂离子筛前驱体进行酸处理，制得锂离子筛。测定了其对锂离子的饱和交换容量、pH滴定曲线等离子交换性能。经测定：LiNi0.05Mn1.9504为尖晶石结构、酸稳定性好，在酸改型过程中Mn2+的溶出率仅为0.31％。酸改型后制得的锂离子筛对锂具有较高的选择性，对0.1mol/LLi+溶液的饱和交换容量达36.72mgLi+/g离子筛。 测定了锂离子筛的离子交换热力学。作出15℃，25℃，35℃，45℃下锂离子筛的H+—Li+交换等温图，利用Pitzer电解质溶液理论，计算出该离子交换体系的活度系数，得Kielland图，并进一步得到H+—Li+交换的平衡常数及其它热力学参数(Ka，ΔG0，ΔH0，ΔS0)。△G0()H为负值，表明所合成的锂离子筛对Li+的选择性大于原来可交换阳离子H+的选择性，吸附锂的过程是自发过程(△G0＜0)。该离子交换反应是放热反应。 测定了锂离子筛对锂的离子交换动力学。得到25℃时锂离子筛在0.005，0.025和0.050mol/L的Li+溶液中吸附锂的离子交换动力学数据。用缩核模型处理所得的动力学数据，确定锂离子筛吸附Li+时的控制步骤是颗粒扩散控制(PDC)，同时得到该实验条件下锂离子筛吸附Li+的动力学方程和颗粒扩散系数De。

目录

文摘

英文文摘

声明

1文献综述

1.1锂的性质及用途

1.1.1锂的性质

1.1.2锂的用途

1.2锂资源概况

1.2.1伟晶岩型锂矿产

1.2.2卤水锂资源

1.2.3海水锂资源

1.3国内外提锂技术进展

1.3.1从固态锂矿中提锂

1.3.2从卤水中提锂

1.4离子交换吸附技术

1.4.1无机离子交换吸附剂种类

1.4.2锂离子筛吸锂或脱锂的理论基础

1.4.3锂离子筛提锂的反应机理

1.4.4锂离子筛前驱体的合成工艺

1.4.5锂锰氧化物的性能优化

1.5研究的目的意义和主要内容

1.5.1研究的目的意义

1.5.2研究内容

2锂离子筛的制备及离子交换性能

2.1实验试剂、仪器和分析方法

2.1.1实验试剂

2.1.2实验仪器

2.1.3分析方法

2.2实验部分

2.2.1锂离子筛前驱体的制备

2.2.2锂离子筛的制备

2.2.2饱和交换容量的测定

2.2.3 pH滴定曲线的测定

2.3实验结果与讨论

2.3.1锂离子筛前驱体的制备

2.3.2锂离子筛的制备

2.3.3饱和交换容量

2.3.4 PH值滴定曲线

2.4本章小结

3锂离子筛的离子交换热力学

3.1离子交换反应平衡

3.2离子交换等温实验

3.2.1离子交换等温线的含义

3.2.2离子交换等温线的实验测定方法

3.2.3氢锂交换体系的离子交换等温线图

3.3电解质溶液理论与活度系数

3.3.1 Pitzer电解质溶液理论

3.3.2活度系数的计算

3.4氢锂离子交换体系的Kielland图

3.5热力学函数的计算

3.5.1热力学函数的计算方法

3.5.2热力学函数的计算结果

3.6本章小结

4钾离子筛的离子交换动力学

4.1离子交换反应步骤

4.2离子交换动力学模型

4.2.1费克模型

4.2.2能斯特-普兰克模型

4.2.3 Steferl-Maxwell模型

4.2.4缩核模型

4.3离子交换反应机理的判断

4.3.1 Helfferich(He)准数法

4.3.2 Vermeulen(Ve)准数

4.3.3 Biot(Bi)准数

4.3.4中断接触法

4.3.5间接判断法

4.4离子交换动力学实验

4.4.1离子交换动力学曲线

4.4.2机理判断

4.4.3数据拟合

4.5本章总结

5结论

参考文献

致谢

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