可回收锰系锂离子筛的掺杂改性制备及其吸附性能研究

发布时间：2020-11-16 09:39

　　 锂作为重要的能源金属,广泛应用于锂电池、核工业以及光电等重要行业,伴随锂需求量的增大和锂资源的消耗,各类锂产品的价格在逐年攀升。蒙西和晋北等地区的高铝煤炭中伴生着储量较大的锂资源,其中的锂经燃烧发电在粉煤灰中得到进一步富集,达到工业开采品位。近年来,基于高铝粉煤灰提取氧化铝技术,进一步开展锂资源的协同提取对于高铝粉煤灰资源的高值利用意义重大。在采用酸、碱法溶出氧化铝的过程中,粉煤灰中的锂也会进入浸出液。然而,浸出液体系复杂、锂浓度低,不利于锂的富集分离。锂离子筛吸附法具有高选择性、高吸附量、高吸附速率等特性,是一种从液相体系回收锂的有效方法,但离子筛在使用过程中,锰的歧化反应和Jahn-Teller效应,会导致离子筛的吸附性能降低、循环性能变差。基于以上问题,本研究通过铁掺杂和复合掺杂改性,制备磁性可回收锂离子筛,不仅降低锰的溶损,还能改善锂离子筛的循环使用性能。采用固相法合成了铁掺杂磁性锂离子筛,系统考察了合成过程煅烧温度、煅烧时间及铁掺杂量对锂离子筛结构和吸附性能的影响,同时对比了酸洗前后的锂离子筛结构,并探究了pH、初始Li~+浓度、吸附温度对吸附性能的影响,对离子筛的选择性和循环使用性能进行了研究,最后通过吸附动力学拟合进一步揭示了离子筛的吸附机理。结果表明:采用固相法,煅烧温度、时间分别为450℃、6h,Fe掺杂量为0.05时锂离子筛的吸附容量最高,为34.83mg/g;溶损为0.51%,较未掺杂Fe的锂离子筛(2.48%)降低80%。Fe掺杂锂离子筛对Li~+具有良好的选择性,在吸附Li~+过程中受其它离子的干扰非常小;提高煅烧温度及煅烧时间可在一定程度上提高锂离子筛的晶体化程度,有利于降低Mn的溶损;随着掺杂量的增加,晶胞体积和晶面间距增大,骨架中Mn~(4+)的含量增加,抑制锰的歧化反应,有效降低锂离子筛的溶损;通过离子筛吸附动力学及热力学拟合发现,离子筛的吸附过程为均匀化学吸附,符合伪二级动力学方程、Langmuir等温吸附模型;Fe掺杂锂离子筛循环使用性能表明,五次循环之后仍能保持80%的吸附容量,优于未掺杂的锂离子筛,且通过外加磁场可实现锂离子筛的快速回收采用固相法合成了铬铁、钴铁复合掺杂离子筛,系统研究了铬和钴掺杂对于铁掺杂离子筛结构和吸附性能的影响,着重考察了复合掺杂离子筛的循环使用性能。结果表明:掺杂量少于0.10时均能合成尖晶石结构锂离子筛,且少量Cr、Co的掺入,均能进一步提高骨架中锰的平均价态,降低锰的溶损,并且不会阻碍骨架中锂的脱嵌,提高了锂离子筛的循环使用性能。经五次循环性能测试,铬铁和钴铁复合掺杂锂离子筛的吸附容量分别能保持第二次循环吸附容量的89%和80%,优于未掺杂的锂离子筛。
【学位单位】：山西大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TM912
【部分图文】：

图 1.4 磷酸酯类萃取剂离子络合物分子结构图[26]用逆流萃取法进行盐湖中锂的萃取，使用 TBP 和 M取剂来萃取 Li+，萃取过程分为四部分：提取、洗涤、洗涤剂，HCl/NaCl 为汽提剂，NaOH/NaCl 为再生剂

图 1.3 萃取流程图在 FeCl3存在的情况下，磷酸酯类萃取剂可用于高镁锂比卤水中锂的萃取，图 1为磷酸酯类萃取剂离子络合物分子平面图。费维扬院士认为 TBP/FeCl3体系对 Li+具有较高的选择性，是因为 TBP 的三丁基通过氧原子与 P=O 配体链接，使得 P=O 给[26]

LiMn2O4微观结构图
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本文编号：2885966