多孔掺杂型钛系离子筛的制备及吸附性能

用52.40 nm的PMMA纳米微球作模板,用配制好的前驱液进行填充,并通过程序升温焙烧的方法去除模板,合成多孔掺杂型的Li_4Ti_(4.98)Zr_(0.02)O_(12)离子筛;用0.100 mol·L~(-1)的盐酸对离子筛进行酸改型,并用XRD、SEM、饱和交换容量、pH滴定曲线等进行表征,考察离子筛的结构以及选择吸附性能。结果表明:制备的离子筛为尖晶石结构,平均孔径约为50 nm;酸改型后其尖晶石结构未被破坏;离子筛对Li+的饱和交换容量为6.43 mmol Li~+·g~(-1),对Li~+有较高的选择吸附性。     

球形离子筛吸附剂的制备及其锂吸附性能评价

利用琼脂糖溶液的溶胶凝胶性质,通过锐孔凝固浴法,对实验室合成的Li₄Mn₅O₁₂粉体进行成型,制备了粒径2～3 mm的球形颗粒,对球形颗粒进行交联后,用1 mol·L^-1的盐酸对球形颗粒进行酸洗脱锂,最终制得球形锂离子筛吸附剂。考察球形吸附剂制备和交联的影响因素,结果表明：5%的琼脂糖浓度和90 ℃的温度为最佳制备条件,2 ml·g^-1的交联剂用量和6 h的交联时间为最佳交联条件。对球形离子筛吸附剂进行静态评价实验,结果表明锂吸附容量为4.25 mmol·g^-1,吸附速率为1.77×10^-5 s^-1,成型后离子筛吸附量是离子筛粉末的75.6%,吸附速率较粉体（3.29×10^-4 s^-1）下降一个数量级。Li⁺平衡吸附容量随平衡pH值的升高而增加,在pH>12时吸附容量高达5.5 mmol·g^-1。共存离子选择性实验表明,交联球形离子筛吸附剂对Li⁺具有高选择性,成型后离子筛可以用于盐湖卤水或者海水提锂。     

尖晶石型锰酸锂锂离子筛的合成研究

为了比较不同合成方法对锰酸锂(Li4Mn5O12)锂离子筛的结构、饱和交换容量和分离因子的影响,采用低温固相反应法和溶胶-凝胶法合成了锰酸锂锂离子筛,并用X射线衍射(XRD)表征了所得材料的结构.结果表明,低温固相反应法和溶胶-凝胶法制备的锰酸锂及其离子筛均为尖晶石结构.低温固相反应法合成的锂离子筛,其锂离子饱和交换容量为16.06 mg/g(2.31 mmol/g)、分离因子αLiNa为23;溶胶-凝胶法合成的锰酸锂锂离子筛,其锂离子饱和交换容量为26.39 mg/g(3.80 mmol/g),分离因子αLiNa为216,优于低温固相反应法所得锂离子筛的性能.     

离子筛吸附与陶瓷膜耦合用于盐湖卤水提锂

将锰系离子筛吸附与陶瓷膜耦合,用于高镁锂比盐湖卤水的提锂研究。采用水热法制备了高效锂离子筛H_1.6Mn_1.6O₄,考察离子筛用于卤水提锂效果和陶瓷膜的分离性能。结果表明：制备的离子筛粉体粒径分布在100～500 nm之间,平均粒径为160 nm,用于察尔汗盐湖卤水中对Li⁺吸附容量达到31.44 mg·g^-1;孔径50 nm的陶瓷膜对离子筛的截留率达到100%,膜渗透通量大于150 L·m^-2·h^-1;反冲操作可有效维持吸附-膜分离过程的稳定性,吸附与陶瓷膜的耦合过程对盐湖卤水中的锂提取率超过97%,盐酸和双氧水清洗可有效恢复膜渗透通量。研究结果为高镁锂比盐湖卤水提锂提供了新方法。     

PAN-H1.6Mn1.6O4锂离子筛膜的制备及在卤水中吸附性能

采用亲水的PAN为成膜材料,制备了掺杂H_1.6Mn_1.6O₄的PAN-H_1.6Mn_1.6O₄锂离子筛膜。通过SEM、Li⁺静态吸附实验、（NH₄）₂S₂O₈对锂的洗脱实验和卤水中吸附实验,研究了锂离子筛的添加量对PAN-H_1.6Mn_1.6O₄锂离子筛膜结构、Li⁺吸附-洗脱性能的影响。结果表明,PAN浓度为10%（质量）,H_1.6Mn_1.6O₄的添加量为50%（质量）时,PAN-H_1.6Mn_1.6O₄离子筛膜的吸附量为17.45 mg·g^-1,达到粉末状吸附量的88.0%。以（NH₄）₂S₂O₈为洗脱剂,当浓度为0.3 mol·L^-1、液固比为600:1、时间为12 h时,锂洗脱量为17.23 mg·g^-1,锰溶损率仅为1.14%。在含有Na⁺、K⁺、Mg²⁺和Ca²⁺的罗布泊老卤卤水中,锂离子筛膜对Li⁺有很高的选择性。在卤水中进行10次吸附与解吸循环,吸附量从11.64 mg·g^-1下降到10.94 mg·g^-1,吸附容量仅损失6.0%。总体结果表明亲水性载体对H_1.6Mn_1.6O₄吸附容量影响较小,温和的洗脱剂对锂离子筛膜的化学稳定性有利。     

纳米腐殖酸基离子交换复合树脂动态吸附-脱附冶金镍镉废水

系统研究了纳米腐殖酸基离子交换复合树脂在多离子共存体系中对Ni²⁺/Cd²⁺的选择吸附性能。以此为基础,通过多柱串联、饱和吸附、洗脱液套用方法完成了对Ni²⁺、Cd²⁺冶金废水资源化治理研究,用扫描电镜(SEM)、红外光谱仪(FTIR)、热重分析仪(TG-DTA)、X射线光电子能谱仪(XPS)及N₂吸附-脱附分析仪(BET)等物理手段对复合树脂的微观形貌、化学结构、耐热性、元素组分变化及孔径分布进行表征。研究结果表明:纳米腐殖酸基复合树脂对Ni²⁺、Cd²⁺离子具有吸附速度快[0.55～1.50 mg·(g·min)^-1]、交换容量高(Ca²⁺、Mg²⁺共存体系中对Ni²⁺、Cd²⁺吸附容量分别为139 mg·g^-1和148 mg·g^-1)、选择性能好等优点,回收溶液中镍和镉离子浓度和纯度高(分别为45.15 g·L^-1和 39.17g·L^-1,且C_Ni(Ⅱ)/C_total 0.989,C_Cd(Ⅱ)/C_total 0.994);吸附-洗脱200次后,其物理、化学结构性能稳定;断面形貌变化不明显,交换容量基本不变,可重复使用;比表面积、平均孔径及孔容分别为1189.85 m²·g^-1、30.2 nm 和0.96 cm³·g^-1,热稳定性能好;氮含量从16%降至12%、氧含量由26.49%升至29.96%,交换容量由5.38mmol·g^-1升至6.06 mmol·g^-1。     

锂离子筛研究进展

锂离子筛（锰系、钛系）在高镁锂比（质量比）的盐湖卤水中对锂离子表现出高吸附选择性，尖晶石结构的锂离子筛的提锂机理主要有氧化还原机制、离子交换机制和复合机制，而层状结构的锂离子筛主要通过Li⁺和H⁺之间的简单离子交换实现。锂离子筛的制备工艺简单，首先经过固相燃烧法、微波燃烧法或溶胶-凝胶法、水热法、共沉淀法、熔盐合成法等方法制备出前驱体，再通过H⁺取代相应前驱体中的Li⁺即可。制备的锂离子筛可用于从储量大、品位低的盐湖卤水、海水等液态锂资源中提取锂。近年来研究热点集中于结构稳定性更高的钛锂离子筛，但要进一步提高结构稳定性、实现工程化应用，还需继续研究。     

二氧化锰型钾离子筛的合成及其对钾的离子交换热力学

以硫酸锰和高锰酸钾为原料合成隐钾锰型水合二氧化锰（CRYMO）,酸改型后得晶体结构为α-MnO2的钾离子筛（CRYMO-H）。CRYMO-H对K+的饱和交换容量达到4.6429 mmol (181.54 mg) K+/g离子筛,对钾离子有较高的表观交换容量。测定了15、25、35、45℃下CRYMO-H对H+-K+体系的离子交换等温线,采用Pitzer电解质溶液理论计算出该离子交换体系的活度系数,得到H+-K+交换的平衡常数 、 、 和 等热力学函数。结果表明： 随温度的升高而降低、CRYMO-H对K+的选择性大于原来可交换阳离子H+的选择性、吸附钾的过程是自发过程（ <0）,该离子交换反应是放热反应。     

锰氧化物锂离子筛的掺杂改性及吸附性能研究

以二氧化锰和氢氧化锂为原料,采用高温固相法合成了锂锰氧化物前驱体,再经离子交换技术制备了锰氧化物锂离子筛并用于溶液中Li ⁺的吸附。考察了Al ³⁺和La ³⁺掺杂对锂离子筛结构、形貌和吸锂性能的影响。用粉末X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、傅里叶红外光谱（FTIR）对制备产物进行了表征。结果表明,产物为尖晶石型锰氧化物锂离子筛,呈片状形貌,分散性较均匀。Al ³⁺和La ³⁺掺杂后产物仍然保持尖晶石结构,形貌有所变化,分别呈现出不规则的立方体和纳米颗粒。吸附结果表明,掺杂后锰氧化物锂离子筛的吸附容量有所提高。     

尖晶石型锂离子筛的直接水热合成及其锂吸附性能

采用水热合成法,以硝酸锰、氢氧化锂和过氧化氢为原料直接合成出前驱体——尖晶石型锰酸锂,再经酸浸脱锂后得到对锂离子具有选择吸附性能的离子筛。通过XRD和TEM对产物的晶相结构进行了表征,测定了离子筛材料对纯锂溶液和海水中锂的吸附容量,以及对海水中主要金属离子的选择性。结果表明,当n(锂)∶n(锰)=2.5,过氧化氢浓度为0.3 mol/L,在120℃下反应12 h时,产物几乎为纯的立方相锰酸锂晶体;前驱体晶体呈一维纳米线形态,直径为20 nm左右,长度在300~500 nm;离子筛对纯锂溶液中锂的最大吸附量达到40.23 mg/g,对海水中锂的吸附量为10.46 mg/g;离子筛对金属离子的选择吸附性顺序为:Li+≥Ca2+Mg2+Na+K+,锂的分配系数(Kd,Li)达到12 836.71 mL/g,表现出对锂很高的选择吸附性。     

Preparation and characterization of lithium λ-MnO2 ion-sieves

Lithium λ-MnO₂ ion-sieves were prepared from spinel LiMn₂O₄ via treatment with nitric acid. The LiMn₂O₄ was synthesized by a solid state reaction between LiOH·H₂O and MnO₂. The effects of the calcination time and temperature on the preparation of the LiMn₂O₄ precursor and the lithium ion-sieve were investigated. In addition, the Li⁺ extraction ratio, the Mn²⁺ dissolving ratio and the adsorption properties of the lithium ion-sieve were all measured. The lithium ion-sieve had a high exchange capacity and was selective for Li⁺. Specifically, at pH= 13, the ion exchange capacity of Li⁺ was 30.9 mg/g in 10 mmol/L LiCl solution and the lithium extraction ratio and manganese dissolving ratio were 95% and 25%, respectively.     

纳米片多面体锰基锂离子筛的制备及锂离子吸脱附特性

针对锰基锂离子筛容量发挥不充分、使用寿命短的问题,以电解二氧化锰、氯化锂及无水氯化铝为原料,采用水热法合成了铝原子掺杂锰基离子筛前驱体,经酸洗脱附锂离子后得到锰基锂离子筛H_1.6（Mn_1-x Al _x ）_1.6O₄。扫描电镜结果表明,铝原子掺杂后,样品呈均匀光滑的纳米片多面体形貌,进一步的吸脱附等温线分析显示,样品的比表面积显著提高。锂离子吸脱附特性研究结果表明,Li_1.6（Mn_0.7Al_0.3）_1.6O₄具有最佳的吸附提锂性能,锂离子溶液初始质量浓度为80 mg/L时,吸附容量为32.32 mg/L,5次循环提锂后,锂离子吸附容量可保持为初始吸附容量的95%。这些结果表明,结晶性好、比表面积大的纳米多面体锰基锂离子筛,吸附容量大、结构稳定性好,可为当前盐湖卤水中锂资源的开发和工艺优化提供技术参考。     

Spray-drying assisted layer-structured H2TiO3 ion sieve synthesis and lithium adsorption performance

A spray-drying assisted solid-state method to prepare spherical layer-structured H₂TiO₃ ion sieve (LSTIS) particles is reported herein. The effects of synthesis parameters (calcination temperature, calcination time, and the lithium-titanium molar ratio) on adsorption–desorption performance (the delithiation ratio, titanium dissolution loss, and the adsorption capacity) were investigated. The as-prepared LSTIS exhibited an equilibrium adsorption capacity of 30.08 mg·g^-1 (average of 25.85 mg·g^-1 over 5 cycles) and ultra-low titanium dissolution loss of less than 0.12% (average of 0.086% over 5 cycles). The LSTIS showed excellent selectivity toward Li⁺ in Na⁺, K⁺, Mg²⁺, and Ca²⁺ coexisting saline solutions where its adsorption capacity reached 27.45 mg·g^-1 and the separation factors of Li⁺ over the coexisting cations exceeded 100. The data suggests that the LSTIS is promising to competitively enrich Li⁺ from saline solutions.     

Recovery of lithium using H4Mn3.5Ti1.5O12/reduced graphene oxide/polyacrylamide composite hydrogel from brine by Ads-ESIX process

Powdery Li⁺-imprinted manganese oxides adsorbent was widely used to the recovery of Li⁺, but there are some difficulties, such as poor stability in acid solution, inconvenience of operation and separation. In this work, a useful hydrogel composite based H₄Mn_3.5Ti_1.5O₁₂/reduced graphene oxide/polyacrylamide (HMTO-rGO/PAM) was fabricated by thermal initiation method with promising stable, conductive and selective properties. The resulting materials were characterized by field emission scanning electron microscope, infrared absorption spectrum, X-ray diffraction, X-ray photoelectron spectroscopy and electrochemical techniques. The recovery of Li⁺ was investigated using HMTO-rGO/PAM from brine by a separated two-stage sorption statically and electrically switched ion exchange desorption process. The adsorption capacity of 51.5 mg·g^-1 could be achieved with an initial Li⁺ concentration of 200 mg·L^-1 in pH 10, at 45 ℃ for 12 h. Li⁺ ions could be quickly desorbed by cyclic voltammetry (CV) in pH 3, 0.1 mol·L^-1 HCl/NH₄Cl accompanying the exchange of Li⁺ and H⁺(NH₄⁺) and the transfer of LMTO-rGO/PAM to HMTO-rGO/PAM.     

麦羟基硅钠石的可控合成及其阳离子交换性能研究

目前,开发绿色高效的重金属吸附材料受到人们的广泛关注。以硅藻土为原料,经水热法选择性地制备了2类硅酸盐材料即麦羟基硅钠石和方沸石。吸附测试结果表明,麦羟基硅钠石层间的钠离子能够与锂离子、镁离子、锌离子、钴离子、镍离子、铜离子等进行阳离子交换且能保持层状母体框架的稳定性。以钴离子、镍离子为例深入研究其吸附动力学和吸附机制发现,钴离子和镍离子的嵌入分别将麦羟基硅钠石的层间距由本征的1.56 nm减小到0.24、0.23 nm;室温下,对钴离子、镍离子的最大吸附量分别可达45、39 mg/g,均符合Langmuir单层吸附模型;钠离子的置换量大约是吸附的钴离子、镍离子量的两倍,证实层间离子交换主导吸附化学过程。因此,麦羟基硅钠石材料在多金属硅酸盐功能材料的合成以及环境吸附净化领域具有较大的应用潜力。     

Lithium Storage Performance of Hollow and Core/Shell TiO2 Microspheres Containing Carbon☆

TiO2 microspheres containing carbon have been synthesized viaa one-pot hydrothermal process using CTAB as the mesoporous template and nanoparticle stabilizer and Ti(SO4)2 and sucrose as titanium and ca...