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我国卤水锂资源非常丰富,潜在经济价值巨大。但绝大部分卤水Mg/Li比值高达500-1800,锂绝对浓度较低,传统的“沉淀-结晶”提锂技术不适合此类卤水资源的结构特点。因此,本研究旨在制备对Li+具有特殊选择性和高交换容量的二氧化钛离子筛型吸附剂,为高Mg/Li比卤水资源提供一种新型的锂分离材料和提锂技术方法。
论文采用固相反应的方法制备出对Li+具有特殊选择性和高交换容量的尖晶石结构二氧化钛离子筛;采用XRD、SEM、HRTEM和低温N2吸附—脱附等方法表征了相关物质的组成和结构;系统考察了不同化学组成与晶相TiO2、Li/Ti摩尔比、焙烧温度、酸浸脱锂过程等对离子筛前驱体和离子筛结构的影响;通过对吸附热力学、吸附动力学、pH滴定、选择性吸附和脱附动力学等性能的评价,探索了TiO2离子筛体系构—性内在关系。
研究结果表明,LixTiyOz三元氧化物前驱体在酸浸脱锂的过程中Ti-O骨架没有被破坏,所生成的TiO2离子筛与前驱体具有相同的立方晶相结构,而这种结构上的稳定性导致了TiO2离子筛对Li+具有热力学上的吸附选择性,Li+分配系数远远大于其它共存金属离子,说明离子筛对Li+具有特殊选择性;锂离子吸附速率符合一级反应动力学特征方程,最大吸附速率常数kads为1.06×10-5s-1,离子筛表面的Li+吸附或交换中心是不均匀的,具有幂指数分布的特征,其官能团具有两元酸的性质,吸附量随溶液pH值的增加而增加;
适宜条件下,离子筛最大吸附量达到约2.53 mmol·g-1,三次循环后吸附量下降了9.5%。TiO2离子筛对从高Mg/Li比卤水中实现Li+的选择性吸附具有重要的意义,是一种非常具有工业化前景的选择性吸附材料。