锂离子吸附脱附.docx

南京工业大学化工学院化工专业开放实验研究报告题目：锂离子筛的吸附性能研究班级、学号：化工1308 1001130803姓名：何丽雯指导教师：居沈贵成绩：指导教师（签名）：2016年7月课题背景和研究现状随着人类对锂———21 世纪的能源元素需求的不断扩大, 陆上锂资源将从某种程度上不能满足未来需求, 迫切需要开发液态锂资源。从20 世纪50 年代开始, 科研人员就一直在寻求从海水、地热水和盐湖卤水提取锂的方法，目前已成为世界各国锂盐生产的主攻方向。尖晶石型锂锰氧化物脱锂后仍能保持其原有的对Li +有迁入而形成最适宜结晶构型趋势的尖晶石结构。这就决定了其对Li +的选择记忆性。因此被称为尖晶石型锂离子筛或锂吸附剂，而原尖晶石型锂锰氧化物则可被称为锂离子筛前体。离子筛吸附法从海水、地热水和盐湖卤水提锂已被公认为是一种极具前景的绿色方法。离子筛法海水提锂在全球还是停留在研究阶段，并未有工业化的报道。因为海水在锂离子含量极低。只有170个PPM，再者离子筛在海水中分离困难，通常需要通过造粒，海水通过离子筛床层来提锂。当前成本低廉的沉淀法盐湖卤水提锂产量已占世界锂产品产量85%以上，我国传统的矿石锂盐生产企业因生产成本高，被智利的阿塔卡玛盐湖、美国的希尔斯湖、银峰湖地下卤水和阿根廷的HombeMuerto盐湖等卤水提取所取代。我国由锂盐出口大国转变为进口国，且进口量逐年攀升。尖晶石型锂锰氧化物的三维(1×3)隧道结构金属锂、锂合金以及锂盐因其优异的性能而广泛应用于电子、化工、冶金、能源、核能、宇航等领域，是国民经济和国防建设的重要战略物资，也是与人们生活息息相关的新型绿色能源材料，享有“工业味精”、“推动世界进步的能源金属”等称号。近年来，随着高新科技的发展，锂资源需求量与日俱增，陆地上的锂资源远不能满足社会的需求。海水中蕴藏有丰富的锂资源，其蕴藏量约为陆地锂资源总量的一万余倍。因此，从海水中提取锂资源这一项研究越来越受到人们的重视，如何从海水中有效提锂成为广大研究工作者的研究焦点。目前，在海水提锂方面的研究中，溶剂萃取法和吸附剂法是最主要的方法。由于海水中锂离子的浓度很低，仅为0.17mg/L，相对于溶剂萃取法，吸附剂法具有极大的优势，且被公认为是最有前途的海水提锂方法[3]。可用于海水提锂的吸附剂包括有机和无机两大类材料，其中，无机材料中的离子筛型氧化物是目前研究最多且性能最好的吸附剂。我国盐湖卤水中蕴藏着丰富锂资源, 海水中锂含量虽低, 但资源量巨大, 海水卤水提锂具有广阔的产业化前景, 也是未来锂工业实现可持续发展的关键。世界已产业化的沉淀法提锂只适用于镁锂比较低的卤水, 而海水及我国大部分含锂盐湖卤水镁锂比高,高镁锂比使得锂分离提取十分困难, 为世界性技术难题。20世纪中期以来, 针对高镁锂比海水卤水中锂的分离提取, 世界各国展开了积极的探索, 离子筛吸附法这一最具工业应用前景的绿色提锂方法, 逐渐成为研究的热点。高效离子筛吸附剂的研究和开发是高镁锂比海水卤水中锂分离提取的关键。2.实验部分2.1主要类型锂离子筛的主要类型有锰氧化物、钛氧化物、金属复合氧化物、锑酸盐、铌酸盐等, 其中研究者关注较多的是锰氧化物和钛氧化物。2.1.1锰氧化物二氧化锰根据晶型结构不同可分为α-型、β-型、γ-型、δ-型、λ-型等, 其中, 尖晶石结构的λ-MnO2对Li+具有特殊吸附效应, 它具有三维网络离子隧道, 便于Li+迁入而形成最合适的结晶构型. 研究还发现, 带有不同数目结晶水的二氧化锰对锂离子的吸附性能也不同. 二氧化锰离子筛中结晶水数目的不同, 实质是由合成前驱体时Li/Mn 摩尔比的不同而引起的. 前驱体中Li/Mn 摩尔比越大, 得到的离子筛吸附容量也就越大。2.1.2 钛氧化物日本学者Onodera 等首次发现Li2TiO3 经酸处理后的产物对Li+表现出很好的选择性. TiO2 在酸性介质中比MnO2 具有更为稳定的化学性质, 在用酸洗脱过程中溶损率较低, 因此吸引了众多学者的兴趣和研究. 董殿权等采用溶胶–凝胶法合成了Li4Ti5O12, 对其进行酸洗得到锂离子筛IE-H(H1.08Li0.25Ti1.67O4), 对Li+的饱和交换容量达到42.3 mg/g. 张丽芬等[7]采用固相法合成Li2TiO3, 经酸洗制得偏钛酸型锂吸附剂H2TiO3, 锂的抽出率达到98.86%, 而钛的溶损则小于0.1%, 对Li+的饱和吸附容量达到39.8 mg/g. 张钦辉等先水热合成低维TiO2 纳米带, 再与Li2CO3 固相合成Li2TiO3 前驱体, 经酸处理得到TiO2离子筛, 对Li+的最大吸附量达到3.69 mmol/g.在上述锂离子筛中, 尖晶石锰氧化物具有吸附容量大、成本低廉、对锂离子选择性好等优点, 是目前研究最多、最