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锂及其化合物广泛用于玻璃、陶瓷、润滑剂、冶金、化工和医药等领域,在核能和新能源的开发应用中地位独特。随着人们对锂需求的不断扩大和陆地锂资源的逐渐减少,人们将目光转向了富含锂资源的盐湖卤水和海水。锰氧化物锂离子筛可以直接从盐湖卤水和海水中提取锂,是极具发展前景的锂吸附剂。相比其它吸附剂,锰氧化物锂离子筛选择性好,吸附量大,且无环境污染。本研究以柠檬酸为配合剂,氢氧化锂和醋酸锰为原料,采用溶胶.凝胶法分别合成了LiMn2O4型和Li1.33Mn1.67O4型锂离子筛,并研究了其吸附性能,同时在实验研究结果的基础上探讨了溶胶.凝胶过程和锂离子筛反应机理。
在LiMn2O4型锂离子筛的合成和性能研究中,通过考察原料种类、原料加入顺序及方式、pH值、焙烧温度、焙烧时间、酸洗时间、酸液浓度等因素的影响,确定了最佳的LiMn2O4合成及酸洗条件,制备的锂离子筛在0.1mol·L-1的LiOH溶液中的吸附量可达25.37mg·g-1。合成的LiMn2O4结晶度高,有一定团聚现象,酸洗产物和吸附后产物都保持了LiMn2O4的尖晶石结构。
在Li1.3sMn1.67O4型锂离子筛的合成和性能研究中,以酸洗过程Mn抽出率为依据,确定了合适的焙烧温度为350℃。酸洗后制备的锂离子筛在0.1mol·L-1的LiOH溶液中的吸附容量为30.27mg·g-1,且循环吸附能力优于LiMn2O4型锂离子筛。
在溶胶-凝胶过程中,Mn以MnOH+形式与柠檬酸反应形成配合物,配合物以分子氢键作用形成交联聚合体。LiMn2O4型锂离子筛反应以氧化还原反应为主,Li1.33Mn1.67O4型锂离子筛反应以离子交换反应为主。锂离子筛反应过程中造成晶胞常数变化的主要原因是Mn化合价的改变,而非Li+的脱出或嵌入。