尖晶石型Li1.6Mn1.6O4的制备及锂离子筛吸附特性研究

论文摘要

在过去的几十年里,多种用于从盐湖卤水及海水中提取锂的方法已得到深入的研究。尖晶石型锰氧化物吸附剂表现出的良好形状记忆功能引起了人们极大的研究兴趣。其中,Li1.6Mn1.6O4具有吸附容量大、化学性能稳定的优点,其离子筛的饱和交换容量在目前所有锰氧化物型离子筛的吸附容量中是最大的。材料的性能与材料的形貌密切相关。本工作从两方面展开研究:一方面将三维有序大孔结构应用于Li1.6Mn1.6O4及其锂离子筛,制备出微观形貌为三维孔道、表观形貌为粒状的离子筛材料,并对其晶相、化合物的稳定性以及离子交换性能进行了研究;另一方面采用溶胶-凝胶法制备出粉末状前驱体Li1.6Mn1.6O4,酸洗改型得到相对应的锂离子筛H1.6Mn1.6O4,并对它们的晶相、化合物的稳定性以及离子交换性能进行了研究。通过无乳化剂的乳液聚合法成功地制备了直径在280 nm左右的聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）乳胶微球,离心沉降得到规则有序排列的PMMA胶体晶体模板。模板法以硝酸锂、醋酸锰、柠檬酸和无水乙醇为原料,按照Li/Mn摩尔比为1:1配制成前驱液,将其填充到制备的PMMA胶体晶体模板中,高温焙烧除去模板,制备出三维有序大孔Li1.6Mn1.6O4。采用溶胶-凝胶法以硝酸锂、醋酸锰、柠檬酸为原料配制了Li/Mn摩尔比为1:1的的溶胶液,经水浴加热、电动搅拌、干燥成凝胶,高温焙烧制备出尖晶石结构的Li1.6Mn1.6O4粉末。分别研究焙烧时间对产物晶型与形貌的影响。采用0.1 mol/L的盐酸作为脱锂剂,分别对两种方法制备出的前驱体Li1.6Mn1.6O4进行脱锂处理,制得相对应的离子筛。分别考查温度、处理时间等因素对两个不同的前驱体材料脱锂率和锰溶损率的影响。分别探究两个吸附剂的饱和交换容量、重复使用性能和选择分离性能。对两种不同吸附剂吸附性能的研究表明,三维有序大孔吸附剂对Li+的最大吸附量为56.7 mg/g,达到了理论吸附量的82.8%。溶胶-凝胶吸附剂对Li+的最大吸附量为41.7 mg/g,达到了理论吸附量的61.7%。吸附剂在Li+、Na+、K+共存的溶液中对Li+表现出较高的选择性。人类对锂需求在不断增长,盐湖和海水提锂将成为未来开发锂资源的一项重要技术,寻求高交换容量的Li+吸附剂已成为共同课题。本文从此处着手,研究目前公认的吸附容量最大的H1.6Mn1.6O4型锂离子筛。从更深层次探究H1.6Mn1.6O4的提锂过程。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 引言
• 1.1 世界锂资源开发技术的研究进展
• 1.1.1 世界锂资源开发的重要意义
• 1.1.2 国内外锂资源提取的方法研究
• 1.1.3 无机离子筛型锰氧化物的研究进展
• 1.2 前驱体锂锰氧化物的合成方法
• 1.2.1 固相合成法
• 1.2.2 软化学合成法
• 1.3 尖晶石型锂离子筛的吸附机理研究
• 1.3.1 锂锰氧化物结构
• 1.3.2 离子交换机理
• 1.3.3 氧化还原机理
• 1.4 本课题研究的内容、目的和意义
• 1.5 本课题的创新之处
• 1.6Mn_1.6O₄ 的制备及锂离子筛吸附特性研究'>第2章 3DOM Li_1.6Mn_1.6O₄的制备及锂离子筛吸附特性研究
• 2.1 前言
• 2.2 实验部分
• 2.2.1 试剂与仪器
• 2.2.2 PMMA 胶体晶体模板的制备与表征
• 1.6Mn_1.6O₄ 及其锂离子筛的制备与表征'>2.2.3 3DOM Li_1.6Mn_1.6O₄及其锂离子筛的制备与表征
• 2.2.4 3DOM 锂离子筛吸附性能测定
• 2.3 结果与讨论
• 2.3.1 PMMA 胶体晶体模板的形貌
• 1.6Mn_1.6O₄ 及其锂离子筛的骨架结构'>2.3.2 3DOM Li_1.6Mn_1.6O₄及其锂离子筛的骨架结构
• 2.3.3 3DOM 前驱体、锂离子筛及吸锂后样品的晶相与组成
• 2.3.4 3DOM 锂离子筛的TG-DTA 和IR 分析
• 2.3.5 时间、温度对 3DOM 前驱躯体脱锂效果的影响
• 2.3.6 饱和吸附容量及循环使用性能的测定
• 2.3.7 pH 滴定曲线的测定
• 2.3.8 分离系数Kd 的测定
• 2.4 小结
• 1.6Mn_1.6O₄ 的制备及锂离子筛吸附特性研究'>第3章 Sol-Gel Li_1.6Mn_1.6O₄的制备及锂离子筛吸附特性研究
• 3.1 前言
• 3.2 实验部分
• 3.2.1 试剂与仪器
• 1.6Mn_1.6O₄ 及其锂离子筛的制备与表征'>3.2.2 Sol-Gel Li_1.6Mn_1.6O₄及其锂离子筛的制备与表征
• 3.2.3 Sol-Gel 锂离子筛吸附性能测定
• 3.3 结果与讨论
• 1.6Mn_1.6O₄ 及其锂离子筛的骨架结构'>3.3.1 Sol-Gel Li_1.6Mn_1.6O₄及其锂离子筛的骨架结构
• 3.3.3 Sol-Gel 前驱体、锂离子筛和吸锂样品的晶相与组成
• 3.3.4 Sol-Gel 锂离子筛的TG-DTA 和IR 分析
• 3.3.5 时间、温度对Sol-Gel 前驱体脱锂效果的影响
• 3.3.6 饱和吸附容量及循环使用性能的测定
• 3.3.7 pH 滴定曲线的测定
• 3.3.8 分离系数Kd 的测定
• 3.4 小结
• 第4章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的论文