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(xué)技術(shù)的發(fā)展,鋰及其化合物的用途越來(lái)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(guó)鋰鹽生產(chǎn)的主要研究課題,吸附法的關(guān)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(duì)鋰離子具有篩分效應(yīng)的吸附劑并應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)具有極其重要的意義。
　　本文主要包括三個(gè)方面的內(nèi)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(duì)3DOM鋰鈦氧化物進(jìn)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(guò)無(wú)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(qū)液填充膠晶模板得到膠晶模板復(fù)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(yīng)溫度等實(shí)驗(yàn)條件對(duì)微球直徑的影響以及微球組裝方法對(duì)膠晶模板排列方式的影響;實(shí)驗(yàn)中還考察了前驅(qū)液性質(zhì)和焙燒方式對(duì)三維有序大孔骨架結(jié)構(gòu)的影響。實(shí)驗(yàn)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(gòu)型都主要為尖晶石型;用物理化學(xué)吸附儀(BET)測(cè)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(duì)3DOM鋰鈦氧化物進(jìn)行酸浸得到3DOM鈦氧“鋰離子篩”。實(shí)驗(yàn)考察了酸浸過(guò)程中,反應(yīng)溫度和時(shí)間、鹽酸的濃度和用量對(duì)酸浸效果的影響。通過(guò) SEM測(cè)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(cè)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(guò)對(duì)制備的4種3DOM鈦氧“鋰離子篩”吸附性能的研究表明,實(shí)驗(yàn)中制備的4種離子篩達(dá)到飽和吸附量的時(shí)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(jīng)3次循環(huán)使用后未見(jiàn)飽和吸附量明顯下降。通過(guò)對(duì)分配系數(shù)和分離系數(shù)的測(cè)定證