新型含鈦復(fù)合物的合成及其提鋰性能研究.pdf

1、以尖晶石型鈦系復(fù)合氧化物為合成目標(biāo)，合成出。Mg<,2>TiO<,4>和Li<,4>Ti<,5>O<,12>兩種新型無機(jī)提鋰交換劑前驅(qū)體。用稀鹽酸將其轉(zhuǎn)型后，得到Li-Ti-O(H)和Mg-Ti-O(H)交換劑，分別測定它們的離子交換性能以及對Li<'+>的離子交換熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)。 采用沉淀-熱結(jié)晶法、共研磨．熱結(jié)晶法、溶膠一凝膠法等3種不同方法制備出尖晶石結(jié)構(gòu)的Li<,4>Ti<,5>O<,12>。以飽和交換容量為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通

2、過正交試驗(yàn)對3種方法制備的交換劑進(jìn)行篩選，確定制備Li-Ti-O(H)交換劑的條件為：溶膠-凝膠法；合成溫度700-800℃；n<,Li>：n<,Ti>=1.04；焙燒時(shí)間6h。經(jīng)X-射線衍射分析，合成產(chǎn)物為純相尖晶石型Li<,4>Ti<,5>O<,12>。測定了Li-Ti-O(H)交換劑對Li<'+>的飽和交換容量為29.78mg/g交換劑。動(dòng)力學(xué)實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Li-Ti-O(H)交換劑對Li<'+>的離子交換反應(yīng)在2h內(nèi)，交換率可達(dá)

3、到90％以上。交換率在90％以下時(shí)，用縮核模型處理動(dòng)力學(xué)數(shù)據(jù)，得到離子交換動(dòng)力學(xué)方程，線性相關(guān)系數(shù)大于0.995。 采用溶膠-凝膠法合成出尖晶石結(jié)構(gòu)的Mg<,2>TiO<,4>，合成條件為：焙燒溫度700℃；n<：nTi=2.6：1；焙燒時(shí)間為4h。以Li<'+>和Ti<'+>的抽出率為評(píng)價(jià)指標(biāo)，通過酸浸實(shí)驗(yàn)得到制備Mg-Ti-O(H)交換劑所用鹽酸的濃度為0.5mol/L。測定了Mg-Ti-O(H)交換劑對Li<'+>

4、的飽和交換容量為45.85mg/g交換劑，是Li-Ti-O(H)交換劑的兩倍。采用TG-DSC分析研究了Mg<,2>TiO<,4>凝膠粉體的熱分解和相轉(zhuǎn)變過程，溫度在600-700℃時(shí)，發(fā)生高溫固相反應(yīng)。與X-射線衍射分析結(jié)果對照，確定此時(shí)合成產(chǎn)物為尖晶石型Mg<,2>TiO<,4>。 測定了Mg-Ti-O(H)交換劑對堿金屬離子的分配系數(shù)，結(jié)果表明，Mg-Ti-O(H)交換劑對Li<'+>有很好的離子交換選擇性。運(yùn)用Pitze

5、r電解質(zhì)溶液理論計(jì)算了Mg-Ti-O(H)對鋰離子交換體系的活度系數(shù)，得到該離子交換體系的Kielland圖，計(jì)算出Mg-Ti-o(H)交換劑的H<'+>-Li<'+>交換體系的平衡常數(shù)K<'Li><,αH>為14.2379，25℃時(shí)，△G<'0>為-6583.5J/mol，表明交換劑Mg-Ti-O(H)交換溶液中Li<'+>的反應(yīng)可自發(fā)進(jìn)行。測定了25℃下Mg-Ti-O(H)交換劑對Li<'+>的交換反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，反應(yīng)在2h內(nèi)，交換率達(dá)