1、尖晶石型錳氧化物( Spinel-type Manganese Oxide，SMO)對(duì)溶液中的鋰離子顯示出特有的選擇性，可選擇性的從溶液中提取鋰離子，因此被稱(chēng)為“鋰離子篩”，用于鹵水、濃海水等溶液中鋰的提取及鋰電池等含鋰資源的鋰回收。SMO型鋰離子篩具有選擇性高、吸附容量大等優(yōu)點(diǎn)，是最有前景的鋰吸附劑之一。但由于錳具有多種氧化態(tài)，如何控制反應(yīng)條件制備具有結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、提鋰性能優(yōu)良的離子篩，仍是鋰離子篩制備方面面臨的主要問(wèn)題；其次研究各種吸附

2、條件對(duì)離子篩提鋰性能的影響，研究不同條件下的鋰離子提取動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)行為，從而提供離子篩提鋰操作過(guò)程的工藝參數(shù)，描述離子篩脫/嵌鋰過(guò)程的機(jī)理，將對(duì)離子篩提鋰的工業(yè)應(yīng)用與開(kāi)發(fā)提供實(shí)際及理論指導(dǎo)意義。
　　 本文以SMO型鋰離子篩為研究對(duì)象，以錳鹽和鋰鹽為主要原料，在采用固相法探討離子篩前驅(qū)體制備條件與離子篩提鋰性能關(guān)系的基礎(chǔ)上，分別采用水熱法、共沉淀法為主要合成方法，成功制備了具有高提鋰容量、選擇性好及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的兩種鋰離子篩材料，

3、并研究了合成條件對(duì)材料制備及提鋰性能的影響。利用制備的兩種離子篩對(duì)比研究了溶液pH值、鋰離子濃度、溫度、吸附時(shí)間，離子強(qiáng)度等因素對(duì)鋰離子提取性能的影響，及不同條件下的鋰離子提取平衡、動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)過(guò)程，采用不同模型對(duì)提鋰平衡及動(dòng)力學(xué)進(jìn)行了擬合，詳細(xì)研究了在弱堿性緩沖體系下的提鋰行為。結(jié)合儀器分析和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)離子篩的脫/嵌鋰機(jī)制首次提出了“空位效應(yīng)”作用，并對(duì)脫/嵌鋰過(guò)程中存在的疑問(wèn)進(jìn)行了有益的解釋。主要研究結(jié)果如下：
　　 隨

4、原料鋰錳摩爾比在0.5～1之間增加，由固相法制備得到的離子篩前驅(qū)體中的鋰錳摩爾比也增加，酸洗脫鋰后得到的離子篩提鋰容量也表現(xiàn)出隨之增高的趨勢(shì)。以LiOH為鋰源比以Li2，CO3為鋰源制備的離子篩具有更高的提鋰容量。離子篩產(chǎn)物晶粒長(zhǎng)大和Mn2O3等雜質(zhì)形成可能是造成離子篩提鋰能力下降的主要原因。
　　 以水熱法為主要合成方法，可以制備得到高選擇性的鋰離子篩Mn02-0，5H20，采用共沉淀法也可以得到相似的產(chǎn)物，但共沉淀法制備的離

5、子篩顆粒小(納米級(jí))、比表面積大、脫鋰產(chǎn)物含H量高，盡管結(jié)晶度稍差，但其顯示了更高的提鋰容量及循環(huán)提鋰性能。兩種離子篩的提鋰容量都在34 mg·g-1以上，顯示出較高的提鋰能力，且在脫/嵌鋰過(guò)程中，兩種離子篩的溶損率都<5％，顯示了較高的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
　　 非緩沖體系下的溶液pH下降現(xiàn)象證實(shí)了Li+-H+離子交換在當(dāng)前制備的尖晶石型錳氧化物鋰離子篩提鋰過(guò)程中起主要作用，由于提鋰過(guò)程中溶液pH逐漸下降致使鋰提取不完全，對(duì)于通常具有

6、弱堿性或中性緩沖能力的實(shí)際溶液中鋰資源，研究離子篩在弱堿性緩沖體系下的提鋰行為顯得尤為必要。pH8.0緩沖體系下的鋰離子提取過(guò)程研究表明，鋰離子的提取平衡可以用Langmuir模型較好的描述，且當(dāng)前制備的SMO離子篩的鋰離子提取為一自發(fā)、熵增的吸熱過(guò)程，提取平衡可在24h內(nèi)達(dá)到，提鋰動(dòng)力學(xué)遵從擬二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型.離子強(qiáng)度對(duì)當(dāng)前離子篩的提鋰行為影響較小，擴(kuò)散研究結(jié)果表明邊界層擴(kuò)散與粒內(nèi)擴(kuò)散聯(lián)合控制離子篩的提鋰過(guò)程，而兩種擴(kuò)散對(duì)限速步的控制程