氢锰氧化物/纤维素复合膜的制备及其对锂离子的吸附性能研究
发布时间：2021-10-19 21:19
海水中含有大量的锂资源（全球海洋中包含约2.6×1011吨的锂,是陆地锂资源总量的一万余倍）等待开发。尖晶石结构的氢锰氧化物（HMO）是锂离子吸附的有效材料,但其粉体形式限制了其在海水锂回收的应用。在此,本文以天然高分子纤维素为原料,HMO为Li+吸附粒子,通过简单环保的方法制备了易回收、可再生的HMO/纤维素复合膜,并将其用于从含锂溶液中锂离子的提取。通过静态吸附实验探究了不同条件下（HMO负载量、纤维素浓度、膜厚度等）所制备复合膜对锂离子的吸附性能,结合吸附动力学模型、吸附等温线模型探讨HMO/纤维素复合膜的吸附行为;同时考察了复合膜对锂的吸附选择性、脱附性和循环再生性能以及从海水（ppb级）中提取锂离子的效率以及对锂离子的选择性。本文制备得到的HMO/纤维素膜与单独的HMO颗粒相比,复合膜中HMO的Li+吸附容量损失小,表明亲水多孔的纤维素基质膜为HMO的Li+吸附位点提供了良好的可及性。50%-HMO/纤维素膜与其他HMO/聚合物（如聚氯乙烯或聚丙烯腈）相比,具有更高的Li+吸附能力（21.6 mg g-1 HMO）。50%-HMO/纤维素膜及HMO颗粒对Li+的吸附等温线符合...
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?２０１５－２０５０年的年度锂消费量和（ｂ）海洋和陆地上锂储量的示怠图以及当前??分布不均的锂资源［８］??
虑复合膜厚度时，制备纤维素浓度为??５％，ＨＭＯ负载量为５０％的混合刮膜液，调节刮膜器厚度分别为２００?ｐｍ、４００?ｐｍ、８００??ｐｍ制备得到相应厚度的复合膜。??，，?＼?！?＼??、Ｓｅｌｆ－ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ?／?＾?＾?Ｌｉ＋?ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ?／?＇??雜寒窗??．－．??Ｍｉｘｅｄ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ＨＭＯ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｉｌｍ?Ｌｉ＋?－ｕｐｔａｋｅ?ｆｉｌｍ??Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?毋?ＨＭＯ?出［Ｂｍｉｍ】＋?＾?Ｃｌ?？?Ｌｉ＊??图２－１?ＨＭＯ／纤维素膜的制备过程、结构以及其Ｌｉ＋吸附示意图。??Ｆｉｇ?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＨＭＯ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｉｌｍ?ａｎｄ?Ｌｉ＋??ｕｐｔａｋｅ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｆｉｌｍ．??表２－１?ＨＭＯ／纤维素复合膜的不同配比??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｔｈｅ?ＨＭＯ?ｒａｔｉｏ?ｉｎ?ＨＭＯ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｉｌｍｓ??样品?０％?５％?１５％?３０％?５０％?７５％??ＨＭＯ?（ｇ）?０?０．０２５?０．０７５?０．１５?０．２５?０．３７５??纤维素（ｇ）?０．５?０．５?０．５?０．５?０．５?０．５??２．３．２吸附实验??（１）?Ｌｉ＋溶液配制??准确称取３．０５４?ｇ?ＬｉＣＩ置于烧杯中，加入１００?ｍＬ?ｉ？离子水后超声直Ｍ?ＬｉＣｌ完全溶解??后移入１０００?ｍＬ的容量瓶屮，加水定界摇匀得到５００?ｍｇ?Ｕ的Ｌｉ＋溶液。之后吸附实验所??需Ｌｉ＋溶液均由此高浓度溶液稀释获得。??
?２＿４．７电感耦合等离子体质谱（ＩＣＰ－ＭＳ）??１ＣＰ－ＭＳ可用于元素分析，本实验采用的是美国ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ公司生产的Ｘ?Ｓｅｒｉｅｓ丨１??型电感耦合等离子体质谱仪对复合膜吸附前后的溶液中的离子浓度（Ｌｉ＋，Ｎａ＋，?Ｍｇ２＋，??Ｋ＋，?Ｓｒ＾，?Ｃａ２＋）进行检测。测试离子浓度前，均用１％的稀硝酸对溶液进行稀释，通过??公式倍数换算得到测试溶液的浓度。??２．５结果和讨论??２．５．１?ＨＭＯ形貌分析??采用固相合成法可以制备粒径在微米尺度且结晶较完善的ＨＭＯ。图２－２ａ为锂离子??筛前驱体锂锰氧化物（ＬＭＯ）的ＳＥＭ图，照片展示ＬＭＯ颗粒尺寸较为均一，颗粒之间??存在团聚。图２－２ｂ为锂离子筛氢锰氧化物（ＨＭＯ）的ＳＥＭ图，可以看出ＨＭＯ颗粒粒??度比较均匀，颗粒大小２００?ｎｍ左右，与酸洗前的ＬＭＯ相比，形貌无明显区别，进一步??证明所制备的离子筛具有稳定的结构。从ＨＭＯ的ＴＥＭ图（２－２ｃ）可以看出，ＨＭＯ为??立方体结构，与文献相近［７８］。通过纳米粒度分析仪获得的ＨＭＯ的平均粒度为５２５．５士??８１．８５?ｎｍ〇??挪嘗??Ｉ＾Ｐ１：?ａ??１０?１００?１０００?１?００００??Ｓｉｚｅ?（ｄ．?ｎｍ）??图２－２?ＬＭＯ的ＳＥＭ图（ａ）和ＨＭＯ的ＳＥＭ图、ＴＥＭ图及粒径图（ｂ－ｄ）??Ｆｉｇ?２－２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＬＭＯ?（ａ），?ＳＥＭ，?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＨＭＯ?（ｂ－ｄ）??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Introduction of manganese based lithium-ion Sieve-A review[J]. Ding Weng,Haoyue Duan,Yacong Hou,Jing Huo,Lei Chen,Fang Zhang,Jiadao Wang. Progress in Natural Science:Materials International. 2020(02)
[2]选择性吸附提锂材料的研究进展[J]. 卞维柏,潘建明. 化工进展. 2020(06)
[3]Solvent extraction and stripping of lithium ion from aqueous solution and its application to seawater[J]. Gregorius Rionugroho Harvianto,Seok-Hyeon Kim,Chang-Sik Ju. Rare Metals. 2016(12)
[4]利用离子液体制备纤维素基气凝胶[J]. 余坚,米勤勇,袁斌,吕玉霞,张军. 高分子通报. 2016(09)
博士论文
[1]纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备与性能研究[D]. 万才超.东北林业大学 2018
[2]高效锂离子选择性吸附材料的设计、制备及性能研究[D]. 许鑫.北京化工大学 2017
硕士论文
[1]高荷电性超薄复合纳滤膜的结构设计及其对镁锂的分离性能研究[D]. 徐萍.天津工业大学 2019
本文编号：3445619
【文章来源】：东北林业大学黑龙江省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：59 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１－１?（ａ）?２０１５－２０５０年的年度锂消费量和（ｂ）海洋和陆地上锂储量的示怠图以及当前??分布不均的锂资源［８］??
虑复合膜厚度时，制备纤维素浓度为??５％，ＨＭＯ负载量为５０％的混合刮膜液，调节刮膜器厚度分别为２００?ｐｍ、４００?ｐｍ、８００??ｐｍ制备得到相应厚度的复合膜。??，，?＼?！?＼??、Ｓｅｌｆ－ｃｒｏｓｓｌｉｎｋｉｎｇ?／?＾?＾?Ｌｉ＋?ｅｘｔｒａｃｔｉｏｎ?／?＇??雜寒窗??．－．??Ｍｉｘｅｄ?ｓｏｌｕｔｉｏｎ?ＨＭＯ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｉｌｍ?Ｌｉ＋?－ｕｐｔａｋｅ?ｆｉｌｍ??Ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?毋?ＨＭＯ?出［Ｂｍｉｍ】＋?＾?Ｃｌ?？?Ｌｉ＊??图２－１?ＨＭＯ／纤维素膜的制备过程、结构以及其Ｌｉ＋吸附示意图。??Ｆｉｇ?２－１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｐｒｅｐａｒａｔｉｏｎ?ａｎｄ?ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ＨＭＯ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｉｌｍ?ａｎｄ?Ｌｉ＋??ｕｐｔａｋｅ?ｂｙ?ｔｈｅ?ｆｉｌｍ．??表２－１?ＨＭＯ／纤维素复合膜的不同配比??Ｔａｂｌｅ?２－１?Ｔｈｅ?ＨＭＯ?ｒａｔｉｏ?ｉｎ?ＨＭＯ／ｃｅｌｌｕｌｏｓｅ?ｆｉｌｍｓ??样品?０％?５％?１５％?３０％?５０％?７５％??ＨＭＯ?（ｇ）?０?０．０２５?０．０７５?０．１５?０．２５?０．３７５??纤维素（ｇ）?０．５?０．５?０．５?０．５?０．５?０．５??２．３．２吸附实验??（１）?Ｌｉ＋溶液配制??准确称取３．０５４?ｇ?ＬｉＣＩ置于烧杯中，加入１００?ｍＬ?ｉ？离子水后超声直Ｍ?ＬｉＣｌ完全溶解??后移入１０００?ｍＬ的容量瓶屮，加水定界摇匀得到５００?ｍｇ?Ｕ的Ｌｉ＋溶液。之后吸附实验所??需Ｌｉ＋溶液均由此高浓度溶液稀释获得。??
?２＿４．７电感耦合等离子体质谱（ＩＣＰ－ＭＳ）??１ＣＰ－ＭＳ可用于元素分析，本实验采用的是美国ＰｅｒｋｉｎＥｌｍｅｒ公司生产的Ｘ?Ｓｅｒｉｅｓ丨１??型电感耦合等离子体质谱仪对复合膜吸附前后的溶液中的离子浓度（Ｌｉ＋，Ｎａ＋，?Ｍｇ２＋，??Ｋ＋，?Ｓｒ＾，?Ｃａ２＋）进行检测。测试离子浓度前，均用１％的稀硝酸对溶液进行稀释，通过??公式倍数换算得到测试溶液的浓度。??２．５结果和讨论??２．５．１?ＨＭＯ形貌分析??采用固相合成法可以制备粒径在微米尺度且结晶较完善的ＨＭＯ。图２－２ａ为锂离子??筛前驱体锂锰氧化物（ＬＭＯ）的ＳＥＭ图，照片展示ＬＭＯ颗粒尺寸较为均一，颗粒之间??存在团聚。图２－２ｂ为锂离子筛氢锰氧化物（ＨＭＯ）的ＳＥＭ图，可以看出ＨＭＯ颗粒粒??度比较均匀，颗粒大小２００?ｎｍ左右，与酸洗前的ＬＭＯ相比，形貌无明显区别，进一步??证明所制备的离子筛具有稳定的结构。从ＨＭＯ的ＴＥＭ图（２－２ｃ）可以看出，ＨＭＯ为??立方体结构，与文献相近［７８］。通过纳米粒度分析仪获得的ＨＭＯ的平均粒度为５２５．５士??８１．８５?ｎｍ〇??挪嘗??Ｉ＾Ｐ１：?ａ??１０?１００?１０００?１?００００??Ｓｉｚｅ?（ｄ．?ｎｍ）??图２－２?ＬＭＯ的ＳＥＭ图（ａ）和ＨＭＯ的ＳＥＭ图、ＴＥＭ图及粒径图（ｂ－ｄ）??Ｆｉｇ?２－２?ＳＥＭ?ｉｍａｇｅ?ｏｆ?ＬＭＯ?（ａ），?ＳＥＭ，?ＴＥＭ?ｉｍａｇｅ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ｓｉｚｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｏｆ?ＨＭＯ?（ｂ－ｄ）??１５??
【参考文献】：
期刊论文
[1]Introduction of manganese based lithium-ion Sieve-A review[J]. Ding Weng,Haoyue Duan,Yacong Hou,Jing Huo,Lei Chen,Fang Zhang,Jiadao Wang. Progress in Natural Science:Materials International. 2020(02)
[2]选择性吸附提锂材料的研究进展[J]. 卞维柏,潘建明. 化工进展. 2020(06)
[3]Solvent extraction and stripping of lithium ion from aqueous solution and its application to seawater[J]. Gregorius Rionugroho Harvianto,Seok-Hyeon Kim,Chang-Sik Ju. Rare Metals. 2016(12)
[4]利用离子液体制备纤维素基气凝胶[J]. 余坚,米勤勇,袁斌,吕玉霞,张军. 高分子通报. 2016(09)
博士论文
[1]纤维素气凝胶基多功能纳米复合材料的制备与性能研究[D]. 万才超.东北林业大学 2018
[2]高效锂离子选择性吸附材料的设计、制备及性能研究[D]. 许鑫.北京化工大学 2017
硕士论文
[1]高荷电性超薄复合纳滤膜的结构设计及其对镁锂的分离性能研究[D]. 徐萍.天津工业大学 2019
本文编号：3445619
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