新型特效钠离子吸附剂Li1+xMxN2-x（PO4）3（M=Al，Cr，La；N=Ti，Zr）的制备、表征与性能研究

论文摘要

高纯氯化锂是一种应用广泛的重要工业原料,杂质钠离子的含量对高纯氯化锂的品质有着重要的影响。常用的分离方法很难有效去除氯化锂中的微量钠离子,采用吸附剂是一个比较简捷的方法,但寻找合适的吸附剂一直是一个难题。近年来盐湖锂资源的大规模开发,迫切需要高效、快捷地去除氯化锂中的杂质钠离子。因此研制质优、价廉的特效钠离子吸附剂具有十分重要的现实意义。本文针对这一问题进行了探讨,利用固相反应法合成出了新型钠离子特效吸附剂,并对材料的结构和性能进行了表征分析。该吸附剂能有效地吸附溶液中存在的微量钠离子,解决了高纯锂盐制备过程中微量杂质钠离子的分离难题,显示出较好的应用前景。得到如下主要结论:1.采用高温固相法,合成了吸附剂Li1+xAlxTi2-x（PO4）3,对热重差热（TG-DTA）进行了分析,得到了反应方程式。（1+x）Li2CO3+xAl2O3 + （4-2x）TiO2+6NH4H2PO4 = 2Li1+xAlxTi2-x（PO4）3+9H2O+6NH3+（1+x）CO22.粉末X射线衍射谱图分析表明:LiTi2（PO4）3属三方晶系,晶格为:体心三方,空间群为R 3c,晶胞参数为a=0.8518nm,b=0.8518nm,c=2.087nm,α=90°,β=90°,γ=120°。晶体中存在的对称轴为三重反轴（国际符号: 3 ）,少量Al3+（ x≤0.4）的加入未影响到LiTi2（PO4）3的晶体结构。3.对样品的红外光谱和激光拉曼光谱进行了研究和确认。红外光谱:642.19cm-1为ν1（PO4）;584.39cm-1为ν4（PO4）;677.05cm-1为Ti-O对称伸缩振动。拉曼光谱:1097.27cm-1和1070.27cm-1为PO反对称伸缩振动;989.28cm-1和969.99cm-1为PO对称伸缩振动;595.86cm-1和580.44cm-1为PO2反对称弯曲振动;445.44cm-1为PO2对称弯曲振动。4.对合成的吸附剂进行了吸附性能测定。结果表明,少量铝离子使Li1+xMxN2-x（PO4）3（M=Al,Cr,La; N=Ti,Zr）类吸附剂对钠离子产生特效吸附作用,具有高吸附容量和高选择性等优点,可用于可溶性锂盐中少量钠离子的分离。吸附容量测定结果表明,当pH值为10.011.0,x=0.4时,吸附剂对钠离子吸附容量较高,达到49.83 mg/g。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 前言
• 第一章 氯化锂的制备方法与无机离子吸附剂的研究进展
• 1.1 氯化锂的制备方法研究进展
• 1.1.1 转化法
• 1.1.2 溶剂萃取法
• 1.1.3 离子交换吸附法
• 1.1.4 盐析法
• 1.1.5 浮选法
• 1.2 无机离子交换体
• 1.2.1 无机离子交换体的历史
• 1.2.2 无机离子交换体的分类
• 1.2.3 无机离子交换体的特性
• 2（PO₄）₃类化合物的结构特征'>1.3 LiTi₂（PO₄）₃类化合物的结构特征
• 参考文献
• 1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的合成研究'>第二章 吸附剂Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的合成研究
• 2.1 试剂与仪器
• 1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的合成'>2.2 吸附剂Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的合成
• 2.2.1 设计原理
• 2.2.2 实验过程
• 1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的反应过程研究'>2.3 吸附剂Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的反应过程研究
• 2.4 煅烧过程中的物理化学变化
• 300℃）'>2.4.1 低温阶段（室温³00℃）
• 950 ℃）'>2.4.2 中温阶段（300⁹50 ℃）
• 最高煅烧温度）'>2.4.3 高温阶段（950℃^最高煅烧温度）
• 室温）'>2.4.4 冷却阶段（煅烧温度^室温）
• 2.5 固相反应机理
• 2.6 小结
• 参考文献
• 第三章 吸附剂的物理化学性能表征
• 3.1 吸附剂的X 射线粉末衍射分析
• 3.1.1 不同煅烧温度时样品的物相分析
• 3.1.2 不同原料配比时产物的物相分析
• 3.2 吸附剂的红外光谱分析
• 2（PO₄）₃的红外图谱分析'>3.2.1 不同煅烧温度条件下LiTi₂（PO₄）₃的红外图谱分析
• 1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的红外图谱分析'>3.2.2 不同配比Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的红外图谱分析
• 3.3 吸附剂的激光拉曼光谱分析
• 3.3.1 基本概念
• 3.3.2 激光拉曼光谱与红外光谱比较
• 1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的激光拉曼光谱研究'>3.3.3 不同配比Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的激光拉曼光谱研究
• 3.3.4 关于金属氧八面体和磷氧四面体
• 3.4 吸附剂的形貌分析
• 3.5 X 射线显微分析
• 3.5.1 能谱仪工作原理及结构
• 3.5.2 定性分析
• 3.5.3 定量分析
• 1.4Al_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的比表面积测定'>3.6 吸附剂Li_1.4Al_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的比表面积测定
• 3.7 小结
• 参考文献
• 第四章 吸附剂的吸附性能测试
• 4.1 基本概念
• 4.2 离子交换的研究
• 4.3 试剂与仪器
• 4.3.1 试剂
• 4.3.2 仪器
• 4.4 各种离子的火焰原子吸收法测定
• +的原子吸收法测定'>4.4.1 Li⁺的原子吸收法测定
• +的原子吸收法测定'>4.4.2 Na⁺的原子吸收法测定
• 4.5 吸附平衡时间的测定
• 4.6 吸附容量的测定
• 4.6.1 pH 值对吸附容量的影响
• 1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的吸附容量的测定'>4.6.2 不同组成的Li_1+xAl_xTi_2-x（PO₄）₃的吸附容量的测定
• 4.7 吸附剂在氯化锂溶液中的深度除钠实验
• 4.8 吸附剂的吸附机理
• 4.9 吸附剂在水溶液中Na/Li 离子交换动力学分析
• 4.10 小结
• 参考文献
• 1+xM_xN_2-x（PO₄）₃类吸附剂的制备与表征'>第五章 其它Li_1+xM_xN_2-x（PO₄）₃类吸附剂的制备与表征
• 1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的制备'>5.1 吸附剂Li_1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的制备
• 1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的X 射线粉末衍射分析'>5.1.1 吸附剂Li_1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的X 射线粉末衍射分析
• 1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的红外光谱分析'>5.1.2 吸附剂Li_1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃的红外光谱分析
• 1.4Al_0.2Cr_0.2Ti_1.6（PO₄）₃的制备'>5.2 吸附剂Li_1.4Al_0.2Cr_0.2Ti_1.6（PO₄）₃的制备
• 1.4Al_0.2Cr_0.2Ti_1.6（PO₄）₃的X 射线粉末衍射分析'>5.2.1 吸附剂Li_1.4Al_0.2Cr_0.2Ti_1.6（PO₄）₃的X 射线粉末衍射分析
• 1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃与Li_1.4Al_0.2Cr_0.2Ti_1.6（PO₄）₃的吸附容量测定'>5.2.2 Li_1.4Cr_0.4Ti_1.6（PO₄）₃与Li_1.4Al_0.2Cr_0.2Ti_1.6（PO₄）₃的吸附容量测定
• 1+xLa_xZr_2-x（PO₄）₃的制备与表征'>5.3 吸附剂Li_1+xLa_xZr_2-x（PO₄）₃的制备与表征
• 1+xLa_xZr_2-x（PO₄）₃的制备'>5.3.1 吸附剂Li_1+xLa_xZr_2-x（PO₄）₃的制备
• 5.3.2 原料的TG-DTA 曲线分析
• 5.3.3 吸附剂的结构表征
• 5.4 小结
• 参考文献
• 第六章 结论
• 在学期间发表的论文目录
• 在学期间申请的专利目录
• 致谢