磁性鋰離子篩的制備和提鋰性能研究

1、磁性鋰離子篩的制備及提鋰性能研究磁性鋰離子篩的制備及提鋰性能研究李志勇1，李亦然1，張衛(wèi)民1，項(xiàng)軍2，廉歡1，陳程3（1.東華理工大學(xué)水資源與環(huán)境工程學(xué)院，南昌330013；2.天津科技大學(xué)化工與材料學(xué)院，天津300457；3.東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，南昌330013）摘要摘要：在Stober法的基礎(chǔ)上采用二氧化硅對Fe3O4包覆鈍化，使鋰錳氧化物在二氧化硅界面生長，陳化、過濾、烘干、煅燒后生成Li1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe

2、3O4納米鋰離子篩前驅(qū)體。酸浸抽鋰后得到磁性鋰離子篩。SEM結(jié)合EDX測試表明，鋰錳尖晶石相對均勻地包覆在鈍化后的磁核表面，磁性離子篩的平均粒徑為18.6nm。在配制的模擬鹵水中，H1.6Mn1.6O4對鋰的平衡吸附量是8.78mgg，本文制備的H1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe3O4對鋰平衡吸附量可達(dá)6.01mgg，除了Mg2平衡吸附量達(dá)到5.213mgg以外，其它離子的吸附量都在1.756mgg以下，說明材料對Li的吸附有較好的

3、選擇性。用磁性鋰離子篩開展反復(fù)吸附、脫附試驗(yàn)10次后，其對Li仍有良好的吸附效果，平衡吸附量穩(wěn)定在5.1mgg，鋰解吸率在95％左右。磁性鋰離子篩的飽和磁化強(qiáng)度為15.14emug，矯頑力為63.02G，可在外加磁場作用下實(shí)現(xiàn)與鹵水的磁分離。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：包覆；鈍化；磁性鋰離子篩；吸附；磁分離中圖分類號：中圖分類號：TQ131.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼：文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：文章編號：10077545（2017）08000000Preparat

4、ionofMagicLithiumIonsieveItsLithiumUptakingLIZhiyong1LIYiran1ZHANGWeimin1XIANGJun2LIANHuan1CHENCheng3(1.SchoolofWaterResourcesEnvironmentalEngineeringEastChinaUniversityofTechnologyNanchang330013China2.TianjinUniversityo

5、fScienceTechnologyTianjin300457China3.SchoolofEarthSciencesEastChinaUniversityofTechnologyNanchang330013China)Abstract：Fe3O4waspassivatedbysilicabasedonStobermethod.Lithiummanganeseoxidegrewatsilicainterface.Li1.6Mn1.6O4

6、@SiO2@Fe3O4nanometerlithiumionsieveprecursswereproducedafteragingfiltrationdryingcalcining.SEMEDXtestsshowthatlithiummanganesespinelisrelativelyunifmlycoatedonsurfaceofpassivatedmagicce.Averageparticlesizeofmagicionsieve

7、is18.6nm.EquilibriumadsptioncapacityoflithiumH1.6Mn1.6O4is8.78mggadsptioncapacityofH1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe3O4preparedfthisresearchis6.01mgginsimulatedbrine.InadditiontoMg2equilibriumadsptioncapacityof5.213mggadsptionofotheri

8、onsis1.756mggbelowindicatingthatadsptionofLitomaterialhasgoodivity.Afterrepeatedexperimentswithmagiclithiumionsievesf10timesequilibriumadsptioncapacityofLiis5.1mggwithdesptionrateoflithiumofabout95%.Magiclithiumionsieveh

9、asgoodmagicpropertieswithsaturationmagizationof15.14emugcoercivityof63.02Gwhichcanbeseparatedfrombrinebymagismseparationundertheappliedmagicfield.Keywds：coatingpassivationmagiclithiumionsieveadsptionmagismseparation鋰是一種新

10、型的綠色能源材料，隨著鋰及其化合物的應(yīng)用越來越廣泛，需求量也越來越大，鋰資源的開發(fā)和提取成為近幾年的研究熱點(diǎn)[14]。鋰在自然界中主要以鋰輝石、鋰云母等偉晶巖礦石和以鋰離子形式存在于鹽湖鹵水和海水中[56]。鹵水中鋰離子提取主要有：沉淀法、蒸發(fā)結(jié)晶法、溶劑萃取法、煅燒浸取法、鹽析法、碳化法、選擇性半透膜法、“許氏”法、吸附法，其中吸附法工藝簡單、成本低廉，是從溶液中提鋰較為理想的方法。鋰錳尖晶石型鋰吸附劑研究最廣，吸附容量最高，有望用于

11、高鎂鋰比鹽湖提鋰[79]，錳系離子篩對鋰的吸附脫附研究相對成熟，但離子篩與含鋰溶液的固液分離技術(shù)需進(jìn)一步研究。一些研究者用有機(jī)或無機(jī)材料將MnO2粉體造粒，常用的粘合劑有硅膠、水玻璃、聚氯乙烯、聚丙烯酰胺、聚丙烯酰肼及三聚氰胺等[10]。本文首先制備Li1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe3O4殼層結(jié)構(gòu)鋰離子篩前驅(qū)體，其后利用酸活化制得H1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe3O4鋰離子篩，可在磁場中方便與鹵水分離，一方面具有較好的吸附活

12、性，另一方面避免了離子篩造粒、造膜導(dǎo)致的成本提升。收稿日期：收稿日期：20170319基金項(xiàng)目基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(21207017)作者簡介作者簡介：李志勇（1993），男，山西運(yùn)城人，碩士研究生；通信作者通信作者：李亦然（1984），男，江西南昌人，doi：10.3969j.issn.10077545.2017.08.006圖1磁性鋰離子篩的磁性鋰離子篩的SEM形貌及元素分布形貌及元素分布Fig.1SEMmicrogr

13、aphdistributionofmagiclithiumionsieve2.1.2粒度分析粒度分析圖2是H1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe3O4的粒度分布圖，材料的粒徑主要集中在20~45nm，采用RR分布的分析模式和體積分布的統(tǒng)計(jì)方式，經(jīng)過計(jì)算，H1.6Mn1.6O4@SiO2@Fe3O4的平均粒徑為18.6nm。0204060801001200123456體積分?jǐn)?shù)%粒徑nm圖2磁性鋰離子篩的粒度分布圖磁性鋰離子篩的粒度分布圖F

14、ig.2Particlesizedistributionofmagiclithiumionsieve2.1.3磁性能分析磁性能分析利用PPMS9T型磁滯回線測試儀對材料的磁性能進(jìn)行研究，圖3是制備的磁性鋰離子篩在外加磁場作用下的磁滯回線。由圖3可見，制備的磁性鋰離子篩的磁滯回線過原點(diǎn)，且以原點(diǎn)呈中心對稱，其比飽和磁化強(qiáng)度為15.14emug。飽和磁化強(qiáng)度與磁核的質(zhì)量比有關(guān)，磁核占比多，有利于提高離子篩的飽和磁化強(qiáng)度。合成的磁性鋰離子篩矯