三維有序大孔鈦氧“鋰離子篩”制備與吸附性能表征.pdf

1、隨著科學技術的發(fā)展,鋰及其化合物的用途越來越廣泛。目前采用吸附法從鹽湖鹵水和海水中提鋰已成為世界各國鋰鹽生產的主要研究課題,吸附法的關鍵是找到飽和吸附量大、選擇吸附性能好、循環(huán)利用率高的吸附劑,因此,合成出對鋰離子具有篩分效應的吸附劑并應用于工業(yè)生產具有極其重要的意義。
　　本文主要包括三個方面的內容:制備三維有序大孔(three-dimensionally ordered macroporous,3DOM)鋰鈦氧化物 Li4Ti

2、5O12;用鹽酸對3DOM鋰鈦氧化物進行酸浸得到3DOM鈦氧“鋰離子篩”;3DOM鈦氧“鋰離子篩”吸附性能表征。
　　首先用甲基丙烯酸甲酯作單體,通過無乳化劑的乳液聚合制備了直徑在300nm左右的聚甲基丙烯酸甲酯乳膠微球,離心沉降得到呈三維有序排列的聚甲基丙烯酸甲酯膠體晶體模板。然后用LiAc·2H2O、TiCl4、草酸、檸檬酸和乙醇等配成一定濃度的前驅液填充膠晶模板得到膠晶模板復合物,再采用程序控溫方式焙燒得到3DOM Li4T

3、i5O12。其中考察了攪拌速率、引發(fā)劑用量和反應溫度等實驗條件對微球直徑的影響以及微球組裝方法對膠晶模板排列方式的影響;實驗中還考察了前驅液性質和焙燒方式對三維有序大孔骨架結構的影響。實驗中用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察到4種鋰鈦氧化物的形貌均為三維有序大孔骨架;用 X-射線衍射確證4種鋰鈦氧化物的晶體構型都主要為尖晶石型;用物理化學吸附儀(BET)測試4種鋰鈦氧化物的比表面積和孔徑分布,其中樣品Li4Ti5O12-D的比表面積為14.

4、8m2/g,孔徑主要在100~130nm之間。
　　最后用鹽酸對3DOM鋰鈦氧化物進行酸浸得到3DOM鈦氧“鋰離子篩”。實驗考察了酸浸過程中,反應溫度和時間、鹽酸的濃度和用量對酸浸效果的影響。通過 SEM測試證明4種鈦氧“鋰離子篩”的形貌仍為三維有序大孔骨架,大孔的孔徑主要分布在100~130nm之間,用BET測試4種鈦氧“鋰離子篩”的比表面積和孔徑分布,樣品 TiO2(H)-D的比表面積為26.3m2/g,且以大孔為主。

5、　　通過對制備的4種3DOM鈦氧“鋰離子篩”吸附性能的研究表明,實驗中制備的4種離子篩達到飽和吸附量的時間較短,吸附量大,循環(huán)利用率高。其中TiO2(H)-A的吸附量為2.93mmol/g;TiO2(H)-B的吸附量為7.23mmol/g;TiO2(H)-C的吸附量為7.26mmol/g;TiO2(H)-D的吸附量為6.96mmol/g。4種3DOM鈦氧“鋰離子篩”經3次循環(huán)使用后未見飽和吸附量明顯下降。通過對分配系數和分離系數的測定證