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合成出LiMg0.5Mn1.504、LiAlTiO4、LiMnTiO4、MgMn0.5Ti0。5O3、Li4Ti5O12等系列交换剂前驱体,对其结构和耐酸性进行了测定,酸改型后制成离子交换剂,即离子筛,测定了其饱和交换容量、pH滴定曲线、分配系数等离子交换性能。在上述交换剂中,采用溶胶-凝胶法合成的、具有尖晶石结构的锂离子筛IE—H对锂的离子交换性能最好,对锂的饱和交换容量达到5.950mmolLi/g,对Li+的选择性大于其它碱金属离子,锂、钠分离系数α=4266。
测定了离子筛IE—H的离子交换热力学,作出15℃、25℃、35℃时锂离子筛IE-H的H+—Li+交换等温图和H+—Na=交换等温图。采用Pitzer电解质溶液理论计算出不同温度下H+-Li+离子交换体系、H+-Na+离子交换体系的活度系数,并通过上述体系的Kielland图,计算出H+-Na+交换体系、H+-Li+交换体系的平衡常数和热力学函数。进一步计算出Li+-Na+离子交换体系的平衡常数和热力学函数值,4 G°为负值,表明离子筛IE—H对Li+的选择性大于对Na+的选择性,在相同条件下,会优先吸附Li+。
测定了25℃锂离子筛IE—H对锂的离子交换动力学。用中断实验法并结合数据处理的间接法判断出该离子交换反应的控制步骤是颗粒扩散控制。采用缩核模型对离子交换动力学数据进行处理,得到锂浓度为20.0mmol/L和5.0mmol/L时锂离子交换动力学方程和扩散系数。
K+、Na+、Mg2+、Ca2+单独或共同与Li+共存时,锂离子筛对锂的交换量qLi有所降低,影响大小依次是:Mg2+>Na+>Ca2+>K+。
将锂离子筛IE-H用于油气田卤水提锂,制得碳酸锂产品,产品纯度达到国家标准。Li+的回收率为85.4%,钛的溶损率为0.106%。
用水热合成法合成出钾型丝光沸石,对其进行铵改型,测定了铵型丝光沸石的饱和交换容量和对碱金属离子分配系数等离子交换性能。同时测定了25℃铵型丝光沸石对Cs+、NH4+的离子交换等温线。采用Pitzer电解质溶液理论计算出该体系的活度系数,得到该离子交换体系的Kielland图,计算出丝光沸石对Cs+、NH4+的交换的平衡常数Ka=1.455,交换自由焓4 G°=-930.3J/mol,4 G°为负值,表明铵型丝光沸石交换铯的过程是自发过程。