1、自然界的鋰資源多存在于海水及鹽湖鹵水中，因此作為具有極高鋰離子選擇分離性能的鋰吸附材料——鋰離子篩，近年來已成為高開發(fā)前景的液相鋰吸附材料。相應(yīng)地，“鋰離子篩提鋰技術(shù)”也逐漸成為液相提鋰的熱門研究課題。為了克服現(xiàn)有錳系和鈦系鋰離子篩材料在化學(xué)穩(wěn)定性、吸附容量、吸附速率及循環(huán)性能等方面的問題，本論文基于λ-MnO2型錳系鋰離子篩和層狀H2TiO3型鈦系鋰離子篩，設(shè)計(jì)并制備了多種高性能的鋰離子篩材料和輔助吸脫附鋰離子技術(shù)方案。
　　主

2、要研究結(jié)果如下:
　　1、為了提高λ-MnO2型錳系鋰離子篩的吸附容量，以聚苯乙烯(PS)微球?yàn)橛材０澹铣闪硕嗫准饩?MnO2型鋰離子篩。多孔λ-MnO2型鋰離子篩材料的比表面積從16.31m2·g-1提升至90.17m2·g-1，Li+平衡吸附量增加至37.75mg·g-1，達(dá)到了理論吸附量的94.3％。在8次吸附-脫附循環(huán)后，Li+吸附容量衰退率僅為16.4％;
　　2、為了抑制Mn溶損帶來的Li+吸附容量衰退的現(xiàn)

3、象，本論文利用溶膠-凝膠法合成制備了Cr摻雜Mn系鋰離子篩。結(jié)構(gòu)表征表明，Cr摻雜的鋰離子篩前驅(qū)體表現(xiàn)出良好的尖晶石結(jié)構(gòu);Cr摻雜量越高，酸化過程中前驅(qū)體對(duì)應(yīng)的Li+脫出率越低，表明形成鋰離子篩的過程符合氧化還原機(jī)理，同時(shí)在Cr表觀摻雜量為0.2時(shí)(Cr-LMO-0.2)，Mn和Cr的溶損率最低，當(dāng)Cr表觀摻雜量高于0.4時(shí)，對(duì)應(yīng)的Mn、Cr溶損十分嚴(yán)重。在pH=12，25℃的條件下，Cr-MO-0.4的Li+實(shí)際吸附容量為18.4mg

4、·g-1，5次吸-脫附循環(huán)后Mn溶損率為4.9％，遠(yuǎn)低于未摻雜樣品的Mn溶損率(14.6％);
　　3、為了提高鋰離子篩的Li+吸脫附速率，借助有機(jī)粘結(jié)劑將鋰離子篩負(fù)載在電極表面。研究表明鋰離子篩電極上發(fā)生的鋰吸-脫附過程符合“擴(kuò)散控制機(jī)理”，即:決速步驟是電解質(zhì)溶液中Li+的擴(kuò)散過程;在以恒電流方式進(jìn)行的電化學(xué)輔助加速Li+吸脫附過程中，最佳的電流密度為100mA·g-1;能耗計(jì)算結(jié)果表明，鋰離子篩電極富集1mol Li所消耗的

5、平均能量在4.08-4.16Wh之間;
　　4、為了進(jìn)一步提高電化學(xué)輔助鋰富集的性能，通過陰極沉積Mn(OH)2陣列、空氣氧化至Mn3O4陣列、水熱法嵌入Li+的過程，得到了LiMn2O4陣列電極，再通過恒電位脫除LiMn2O4陣列中的Li+，得到了λ-MnO2陣列電極。λ-MnO2陣列電極與Ag電極組成的二電極體系的電容量測(cè)試結(jié)果表明，在20mA·g-1的電流密度下，λ-MnO2陣列電極體系表現(xiàn)出114.0/121.3mAh·g

6、-1的電容量，遠(yuǎn)高于粉體λ-MnO2電極(89.8/97.6mAh·g-1)。100次循環(huán)充放電后λ-MnO2陣列電極的電容量仍保留91％，而粉體λ-MnO2僅剩余76％。鋰富集實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，100次累積Li富集吸附量為25.3mM，達(dá)到理論值的82.6％。能耗計(jì)算結(jié)果表明，使用λ-MnO2陣列電極進(jìn)行電化學(xué)輔助Li富集時(shí)，每富集1mol Li所消耗的能量為4.14Wh左右。該λ-MnO2陣列電極表現(xiàn)良好的電化學(xué)輔助鋰富集性能歸因于制備

7、過程未使用粘結(jié)劑和導(dǎo)電劑。
　　5、為了在不影響拜耳法氧化鋁生產(chǎn)流程的前提下去除強(qiáng)堿性母液中的鋰離子，制備了強(qiáng)堿性介質(zhì)中穩(wěn)定性好、吸附效率高的多孔層狀H2TiO3型鈦系鋰離子篩。研究結(jié)果表明:層狀H2TiO3在強(qiáng)堿體系中有著良好的化學(xué)穩(wěn)定性和優(yōu)異的鋰離子吸附性能;利用PS微球硬膜板制備的多孔鈦系鋰離子篩比表面積高達(dá)94.14m2·g-1，該材料在模擬拜耳母液中的吸附動(dòng)力學(xué)行為符合“偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型”，對(duì)應(yīng)的吸附速率常數(shù)k2=0.0

8、2357g·mg-1·h-1，Li+平衡吸附量達(dá)到76.3mg·g-1;相比未改性的層狀H2TiO3型鋰離子篩，改性后的多孔H2TiO3型鋰離子篩在拜耳母液中的除鋰效率方面有著明顯的優(yōu)勢(shì);
　　6、為了提高粉末狀的鈦系鋰離子篩材料的回收利用率，以PVC為粘結(jié)劑、DMF作為溶劑、層狀H2TiO3型鈦系鋰離子篩(HTO)為鋰吸附劑，制備了薄膜狀PVC-HTO復(fù)合鋰吸附材料，得到以下研究結(jié)果:當(dāng)PVC∶DMF∶HTO質(zhì)量比為3∶12∶5