三維有序大孔尖晶石型錳氧“鋰離子篩”的制備與吸附性能研究.pdf

1、金屬鋰及其化合物在國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域應(yīng)用十分廣泛，近幾年隨著鋰需求的增大和鋰礦石的日益減少，從鹽湖鹵水和海水中提取鋰引起國(guó)內(nèi)外科研工作者極為廣泛的關(guān)注。目前吸附法提鋰被認(rèn)為是最有前途的鹽湖鹵水和海水提鋰方法。對(duì)鋰離子具有特殊選擇性和記憶功能的錳氧化物離子交換體的研究尤為引人注意。把鋰錳氧化物制成三維有序大孔材料，用于鋰離子篩吸附劑的研究是極具創(chuàng)新意義的課題。
　　 通過膠體晶體模板法和溶膠-凝膠法相結(jié)合成功地制備出三維有序大孔尖

2、晶石型鋰錳氧化物，作為鋰離子篩吸附劑的前驅(qū)體。脫鋰劑脫出前驅(qū)體中鋰離子，制備三維有序大孔鋰離子篩吸附劑并對(duì)其吸附性能進(jìn)行了研究。
　　 本論文主要包括以下四方面的研究：聚甲基丙烯酸甲酯膠晶模板的制備、三維有序大孔鋰錳氧化物的制備、前驅(qū)體脫鋰制備鋰離子篩吸附劑和鋰離子篩吸附劑吸附性能。
　　 通過無乳化劑的乳液聚合成功地制備了直徑在300 nm左右的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)乳膠微球，離心沉降得到長(zhǎng)程有序排列的PMMA膠

3、體晶體模板。考察了攪拌速率、引發(fā)劑用量和反應(yīng)溫度等不同制備條件對(duì)微球直徑的影響以及微球組裝對(duì)膠晶模板的排列方式的影響。
　　 采用硝酸鋰、醋酸錳、檸檬酸和乙醇等配成前驅(qū)物溶液，填充PMMA膠晶模板間隙，焙燒去除PMMA膠晶模板制備三維有序大孔(3DOM)鋰錳氧化物。實(shí)驗(yàn)考察了前驅(qū)液性質(zhì)和焙燒方式對(duì)三維有序骨架結(jié)構(gòu)的影響。用掃描電子顯微鏡(SEM)觀察產(chǎn)物的形貌為三維有序大孔，孔徑在200～400 nm之間；用X-射線衍射儀(XR

4、D)確證用不同鋰錳摩爾比得到產(chǎn)物的晶體構(gòu)型均為尖晶石型；用物理化學(xué)吸附儀測(cè)試產(chǎn)物的比表面積和孔徑分布，樣品比表面積大且以大孔為主。
　　 用HCl或脫鋰劑A作為脫鋰劑，制備3DOM鋰離子篩吸附劑。通過考察脫鋰時(shí)間和脫鋰劑的濃度得知，15min左右可達(dá)到很好的脫鋰效果。用脫鋰劑A脫鋰，鋰的溶出率高，錳的溶損率低。通過SEM和XRD等測(cè)試方法證實(shí)脫鋰后得到的鋰離子篩吸附劑仍然為三維有序大孔尖晶石型，與前驅(qū)體相比晶型沒有發(fā)生變化，晶面

5、d值和晶胞a0值減小，比表面積增大，在20～40 nm之間出現(xiàn)小孔。
　　 對(duì)3DOM鋰離子篩吸附劑的吸附性能研究中得出該吸附劑達(dá)到飽和吸附容量的時(shí)間短，吸附量大，其中MnO2 (H)-0.5的吸附容量為35.95mg/g(5.18 mmol/g)；MnO2(H)-0.8的吸附容量為39.00 mg/g(5.62 mmol/g)；MnO2 (H)-1.0的吸附容量為50.48 mg/g(7.34 mmol/g)。通過測(cè)定吸附劑的