高效锂离子筛吸附剂MnO2·0.5H2O的软化学合成及吸附性能研究

以MnCl2·4H2O,LiOH·H2O等试剂为初始原料,采用溶胶-凝胶、水热处理、固化等软化学合成步骤制备了锂离子筛前驱体Li1.6Mn1.6O4,并经稀盐酸抽锂后得到了高选择性锂离子筛吸附剂MnO2·0.5H2O.着重对合成过程中锂锰比,氧化剂用量等因素影响进行了探讨,并对所制备吸附剂的吸附性能进行了研究.结果表明,经软化学合成步骤制备的锂离子筛对Li 有良好的吸附量和选择性,在未来从海水、卤水等液态锂资源富集或提取锂的应用中具有很大的潜力.     

Li＋, Na＋//SO42－, CO32－-H2O交互四元体系288 K介稳相平衡研究

采用等温蒸发法研究了四元体系Li^＋, Na^＋// SO₄^2－, CO₃^2－-H₂O 288 K介稳相平衡及平衡液相的密度、电导率、折光率、粘度和pH值, 测定了该四元体系288 K条件下介稳平衡溶液溶解度及物化性质. 根据实验数据绘制了相应的介稳相图. 研究发现: 该体系介稳平衡中有复盐Na₃Li(SO₄)₂•6H₂O形成. 其介稳相图中有3个共饱点, 7条单变量曲线, 平衡固相为: Li₂SO₄•H₂O, Na₂SO₄, Na₃Li(SO₄)₂•6H₂O, Li₂CO₃, Na₂CO₃•10H₂O. 复盐Na₃Li(SO₄)₂•6H₂O和一水硫酸锂(Li₂SO₄•H₂O)的结晶区较小, 而Li₂CO₃的结晶区最大; 该四元体系介稳平衡条件下未发现Na₂SO₄•10H₂O的结晶区.     

包覆ZrO2锂离子筛的制备及其在盐湖卤水中的吸附性能

采用水热法制备前驱体Li_1.6Mn_1.6O₄,用液相沉淀法在其表面包覆ZrO₂,再经酸洗转型为包覆ZrO₂的锂离子筛H_1.6Mn_1.6O₄。采用XRD、SEM、EDS和HRTEM对前驱体的结构、形貌和成分进行了表征。研究了ZrO₂包覆量和焙烧温度对锰溶损率和锂吸附容量的影响。结果表明：当ZrO₂包覆量为3%,焙烧温度为450℃时,在前驱体表面形成厚度约15 nm的ZrO₂包覆层,首次锰溶损率从3.14%下降到2.65%,锂离子筛在盐湖卤水中锂吸附容量保持为29.4 mg·g^-1。包覆ZrO₂的锂离子筛经过10次循环吸附-脱附,锰溶损率降低至0.34%,锂吸附容量保持为24.4 mg·g^-1,高于未包覆的锂离子筛（22.9 mg·g^-1）。包覆ZrO₂改善了锂离子筛的结构和吸附容量的循环稳定性。     

Li＋, Na＋//SO42－, CO32－-H2O交互四元体系288 K介稳相平衡研究

采用等温蒸发法研究了四元体系Li^＋, Na^＋// SO₄^2－, CO₃^2－-H₂O 288 K介稳相平衡及平衡液相的密度、电导率、折光率、粘度和pH值, 测定了该四元体系288 K条件下介稳平衡溶液溶解度及物化性质. 根据实验数据绘制了相应的介稳相图. 研究发现: 该体系介稳平衡中有复盐Na₃Li(SO₄)₂•6H₂O形成. 其介稳相图中有3个共饱点, 7条单变量曲线, 平衡固相为: Li₂SO₄•H₂O, Na₂SO₄, Na₃Li(SO₄)₂•6H₂O, Li₂CO₃, Na₂CO₃•10H₂O. 复盐Na₃Li(SO₄)₂•6H₂O和一水硫酸锂(Li₂SO₄•H₂O)的结晶区较小, 而Li₂CO₃的结晶区最大; 该四元体系介稳平衡条件下未发现Na₂SO₄•10H₂O的结晶区.     

四元交互体系Li+,Mg2+/Cl-,SO42--H2O25℃相平衡及物化性质研究

本文采用等温溶解平衡法研究了四元交互体系Li⁺,Mg²⁺/CI^-,SO-H₂O 25℃的机关系和平衡液相的物化性质(密度、粘度、电导率、折光率和pH).该体系25℃有七个相区Li₂SO₄·H₂O,MgSO₄·7H₂O,MgSO₄·6H₂O,MgSO₄·5H₂O,MgC1₂·6H₂O,LiCI·MgCl₂·7H₂O,LiCI·H₂O,十一条单变量线,五个共饱点。其中LiCI·H₂O+LiCI·MgCl₂·7H₂O+Li₂SO₄·H₂O为一致零变量点。与文献中的研究结果比较,我们得到两个新相区MgSO₄·6H₂O和MgSO₄·5H₂O.用经验和半经验公式计算了平衡液相的密度、折光率。由实验测定的溶解度数据求得了高锂浓度下的Pitzer参数。对该体系25℃溶解度进行了理论计算复证。     

298.16 K Na＋, K＋, Mg2＋//Cl－, NO3－-H2O五元体系的相平衡研究

采用等温溶解平衡法研究了五元体系Na^＋, K^＋, Mg^2＋//Cl^－, NO₃^－-H₂O在298.16 K、氯化钠饱和时各盐的溶解度和饱和溶液的物化性质(密度, 电导率)以及四元体系Na^＋, Mg^2＋//Cl^－, NO₃^－-H₂O的相平衡关系. 研究表明: 在298.16 K, 氯化钠饱和时该五元体系溶解度相图由六个结晶区、九条单变量溶解度曲线和四个零变量点构成, 六个结晶区分别对应于NaNO₃＋NaCl, KNO₃＋NaCl, KCl＋NaCl, Mg(NO₃)₂•6H₂O＋NaCl, MgCl₂•6H₂O＋NaCl和复盐KCl•MgCl₂•6H₂O＋NaCl; 在298.16 K时, 该四元体系的相图由四个结晶区、五条单变量溶解度曲线和二个零变量点构成, 四个结晶区分别对应于NaNO₃, NaCl, Mg(NO₃)₂•6H₂O, MgCl₂•6H₂O.     

五元体系Li+，Na+//CO32-，SO42-，B4O72--H2O 288 K介稳相平衡研究

采用等温蒸发法研究五元体系Li⁺,Na⁺//CO₃^2-,SO₄^2-,B₄O₇^2--H₂O 288 K介稳相平衡关系,测定在288 K条件下的介稳平衡溶液中各组分的溶解度和溶液密度,根据实验数据绘制相应的介稳平衡相图及密度组成图。研究结果表明该五元体系介稳相平衡中有复盐Na₃Li(SO₄)₂·6H₂O生成,其介稳相图中有4个共饱点,9条单变量曲线,6个Li₂CO₃饱和的结晶区分别为LiBO₂·8H₂O,Na₂B₄O₇·10H₂O,Na₂CO₃·10H₂O,Na₂SO₄,Li₂SO₄·H₂O和复盐Na₃Li(SO₄)₂·6H₂O。     

Li+，Na+//SO42-，B4O72--H2O交互四元体系288 K介稳相平衡研究

采用等温蒸发法研究了四元体系Li⁺，Na⁺//SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O 288 K介稳相平衡及平衡液相物化性质(密度、电导率、折光率、粘度和pH值)，测定了该四元体系288 K条件下介稳平衡溶液溶解度及物化性质。根据实验数据绘制了相应的介稳相图及物化性质组成图。研究发现：该体系介稳平衡中有复盐Li₂SO₄·Na₂SO₄形成。其介稳相图中有3个共饱和点，7条单变量曲线，平衡固相为：Li₂SO₄·H₂O，Na₂SO₄，Li₂SO₄·Na₂SO₄，Li₂B₄O₇·3H₂O，Na₂B₄O₇·10H₂O。复盐Li₂SO₄·Na₂SO₄和一水硫酸锂(Li₂SO₄·H₂O)有较小的结晶区，而Li₂B₄O₇·3H₂O和Na₂B₄O₇·10H₂O有较大的结晶区；该四元体系介稳平衡条件下未发现Na₂SO₄·10H₂O的结晶区。     

五元体系Li+/Cl-，CO32-，SO42-，B4O72--H2O 298 K相关系实验研究

Zabuye saline lake, Tibet, China, is unrivalled in the world for its high concentration of chloride, sulfate, carbonate and borate of lithium, sodium and potassium. Always at the later stage of the evaporation of brines, most sodium and potassium salts are crystallized out, so the main components of brines can be described with the Li⁺, Mg²⁺/Cl^-, SO₄^2-, CO₃^2-, B₄O₇^2--H₂O system. As a part of study on the equilibrium of this complex system, the equilibrium solubilities and phase diagram of the quinary system Li⁺/Cl^-，CO₃^2-，SO₄^2-，B₄O₇^2--H₂O at 298 K were studied by isothermal dissolution equilibrium method. In the 3-dimentional solubility diagram or its projection diagram saturated with solid LiCl, there are four crystallization fields, four univariant curves and one invariant point. At the invariant point, the saturated solid salts are LiCl·H₂O, Li₂B₄O₇·3H₂O, Li₂CO₃and Li₂SO₄·H₂O. No double salt or solid solution is formed.     

一个新的夹心型杂多钨酸盐Na6(C5N2H7){[Na(H2O)2]3Co(H2O)5-[Co(H2O)]3(AsW9O33)2}•27H2O的晶体结构及性质

在pH＝7.5的水溶液中, Na₂WO₄•2H₂O, NaAsO₂, CoCl₂•6H₂O与对氨基吡啶反应, 得到了一种新的夹心型杂多钨酸盐Na₆(C₅H₇N₂){[Na(H₂O)₂]₃Co(H₂O)₅[Co(H₂O)]₃(AsW₉O₃₃)₂}•27H₂O单晶, 用X射线单晶衍射法及元素分析确定了其结构, 晶体属三斜晶系, P 空间群, 其晶胞参数为: a＝1.3276(8) nm, b＝1.7581(10) nm, c＝2.4381(14) nm, α＝70.954(9)°, β＝86.663(9)°, γ＝72.885(9)°, V＝5.136(5) nm³, Z＝2, R₁＝0.0608, wR₂＝0.0848 [I＞2σ(I)]. 在{[Na(H₂O)₂]₃Co(H₂O)₅[Co(H₂O)]₃(AsW₉O₃₃)₂}^7－阴离子中, 一个Co^2＋与聚阴离子{[Na(H₂O)₂]₃[Co(H₂O)]₃(AsW₉O₃₃)₂}^9－的一个端基氧共价连接, Co^2＋呈现出5和6两种配位数, 质子化的氨基吡啶正离子作为抗衡离子存在于晶体之中. 对标题化合物进行了IR, UV-Vis, TG-DSC表征. 对该化合物、Na₂WO₄•2H₂O及CoCl₂•6H₂O催化H₂O₂氧化乙醛的活性进行了比较研究, 该化合物的催化活性远优于简单化合物Na₂WO₄•2H₂O和CoCl₂•6H₂O.     

球形PVC-MnO2离子筛的制备及锂吸附性能

本实验室前期所制备的Li4Mn5O12超细粉末在卤水体系中对Li+具有较大的吸附容量和良好的选择性。但由于超细粉体的流动性和渗透性差,无法直接应用于固定床,需对粉末吸附材料进行成型造粒,以便于实际应用。本论文采用聚氯乙烯为粘结剂,制备出粒径约为2.0~3.5 mm的球形PVC-Li4Mn5O12,经盐酸处理后得到球形PVC-MnO2离子筛。并通过扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、静态和动态连续锂吸附实验研究了球形离子筛形貌和锂离子吸附性能。结果表明,球形离子筛对Li+的吸附容量高达5.28 mmol.g-1,在混合溶液中对Li+具有良好的选择性,这对于在盐湖卤水或海水提锂具有重要的实用意义。     

用MnO_2离子筛吸附剂从溶液中提取锂(英文)

研究了MnO2离子筛的制备、表征及其提锂性能。通过控制低温水热合成反应条件制备了4种不同晶相的一维纳米MnO2,进一步用浸渍法制备了Li-Mn-O三元氧化物前驱体,并经酸处理后得到对Li+具有特殊选择性的离子筛。用XRD、吸附等温线、吸附动力学及pH滴定等手段对产物的晶相结构和Li+吸附性能进行了研究。结果表明,SMO-b和SMO-d离子筛的Li+平衡吸附量符合Freundlich吸附等温方程。反应物浓度对MnO2不同晶面的生长速率有不同的影响,但(NH4)2SO4对吸附容量并无提高。吸附速率方程符合一级动力学Lagergren方程。MnO2离子筛Li+的吸附量远远高于Na+。     

Synthesis of orthorhombic LiMnO2 by solid-phase reaction under steam atmosphere and a study of its heat and acid-treated phases

Low crystalline orthorhombic LiMnO₂ (o-LiMnO₂) samples were synthesized by reacting either γ-MnOOH or Mn₂O₃ with LiOH·H₂O in the solid phase under steam atmosphere at 120°C. In the closed system, the vapor arising from LiOH·H₂O may strengthen the reactivity of LiOH at the surface of MnOOH or Mn₂O₃ particles, which may enable slow diffusion of Li⁺ ions forming LiMnO₂. These samples were compared with crystalline o-LiMnO₂ prepared by a solid-state reaction method at 700°C in nitrogen gas. The powder X-ray diffraction patterns of low crystalline samples after heating at 400°C in air revealed the formation of a single phase of cubic Li_1.6Mn_1.6O₄, but the crystalline sample revealed a mixed phase of o-LiMnO₂ and LiMn₂O₄ after heating at 400°C in air. The Li⁺/H⁺ exchange in the Li_1.6Mn_1.6O₄ sample progressed topotactically, while maintaining the crystal structure and morphology of the precursor. But heat-treated crystalline o-LiMnO₂ showed a disproportionation reaction with dissolution of Mn²⁺ ions.     

Synthesis of o-LiMnO2 by Microwave Irradiation and StudyIts Heat Treatment and Lithium Exchange

Microwave irradiation of a suspension of γ-MnOOH in a 4 mol dm⁻³ LiOH solution brought about a rapid formation of semicrystalline orthorhombic LiMnO₂ (o-LiMnO₂) within 30 min at 120°C. Cubic Li_1.6Mn_1.6O₄ was obtained by heating o-LiMnO₂ at 400°C; lithium could be topotactically extracted from Li_1.6Mn_1.6O₄ with acid to form cubic H_1.6Mn_1.6O₄.     

Lithium extraction/insertion process on cubic Li-Mn-O precursors with different Li/Mn ratio and morphology

The cubic phase LiMn₂O₄ precursors are prepared by high-temperature calcinations (1003 K) of LiOH⋅H₂O and MnO₂ mixture with Li/Mn molar ratio = 0.55. The Li₄Mn₅O₁₂ precursors are synthesized via low-temperature solid-phase reaction (673 K) of LiNO₃ and MnO₂ mixture with Li/Mn molar ratio = 1.0. The ion-sieves counterparts (named SMO-H and SMO-L, respectively) are obtained by the acid treatment of Li-Mn-O precursors. The structure, chemical stability, morphology, ion-exchange property and mechanism of Li-Mn-O precursors and MnO₂ ion-sieve were systematically examined via X-ray diffraction (XRD), high-resolution transmission electron microscopy (HRTEM), selected-area electron diffraction (SAED), Infrared Spectroscopy (IR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and lithium ion selective adsorption measurements. The result shows the more compact Mn-O lattice makes the Li₄Mn₅O₁₂ spinel more stable after the Li⁺ is extracted. The results of IR and XPS show adsorption process of SMO-H exists ion-exchange between the Li⁺ and protons, and redox reaction, but only exists ion-exchange between the Li⁺ and protons in SMO-L. Agglomeration is well-improved by low calcination temperature and the morphology of the Li₄Mn₅O₁₂ precursor and final MnO₂ ion-sieve are effectively controlled within low-dimensional structure. The maximum pH titration capacity of SMO-L for Li⁺ is 6.76 mmol⋅g⁻¹, but only 3.47 mmol⋅g⁻¹ for SMO-H. The ion-sieve obtained from Li₄Mn₅O₁₂ precursor is promising in the lithium extraction from brine or seawater.     

LiMg0.5Mn1.5O4的合成及对Li+的离子交换选择性

锂及其化合物在航空航天、化工、医药、空调、高能电池和热核反应等方面都有广泛应用，对锂及其化合物的需求与日俱增。我国液体锂资源非常丰富，开发利用其中的锂资源具有重要意义。从盐湖水、地下卤水、盐田母液、油气田水等咸水资源中提取锂的方法有碳酸盐沉淀法、离子交换法、萃取法等。离子     

298.15 K Li2B4O7-MgCl2-H2O体系热力学性质的电动势法测定及离子相互作用模型的研究

测定了298.15 K下, 无液接电池Li-ISE│Li₂B₄O₇ (m_A)(aq.), MgCl₂(m_B)(aq.)│AgCl/Ag的电动势, 利用测定结果计算了Li₂B₄O₇-MgCl₂-H₂O体系离子强度在0.05～3 mol•kg^－1范围内, 不同MgCl₂离子强度分数的溶液中LiCl的平均活度系数, 并给出了其随离子强度I, B₄O₇^2－和Mg^2＋浓度的变化规律. 结合以往关于该体系和Li₂B₄O₇-LiCl-H₂O, Li₂B₄O₇-H₂O体系的等压研究结果, 用迭代和多元线性回归方法对Li^＋-Mg^2＋-Cl^－-B₄O₇^2－-H₂O体系的离子相互作用模型进行了研究. 具体方法为考虑了该体系在不同的总硼浓度范围H₃BO₃, B(OH)₄^－, B₃O₃(OH)₄^－和B₄O₅(OH)₄^2－四种含硼化合物的存在以及各硼化合物间的化学平衡, 以修正了的Pitzer渗透系数方程和活度系数方程为基础, 对该体系的等压法和电动势法研究结果进行最小二乘拟合, 拟合的标准偏差为0.0167, 用该模型计算的该体系的渗透系数、活度系数与实验值基本一致.     

UO22＋•nH2O和PuO22＋•nH2O (n＝2, 4, 5, 6)密度泛函理论研究

首先用密度泛函理论(DFT)方法研究了铀酰和钚酰离子的几何与电子结构, 计算结果与实验基本符合, 表明DFT方法也能用于含铀和钚重原子的化合物计算. 然后对铀酰和钚酰水合离子的几何构型、Mulliken集居数分布以及铀酰(钚酰)与配体水分子的结合能进行计算, 计算结果表明UO₂^2＋•5H₂O和PuO₂^2＋•5H₂O分别为铀酰和钚酰系列水合离子中最稳定的配合物.     

溶胶凝胶法合成富锂正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2及性能表征

以LiOH.H2O、Mn(CH3COO)2.4H2O和Ni(CH3COO)2.4H2O为原料,分别用柠檬酸(CA)与乙二胺四乙酸(EDTA)为配位剂,采用溶胶凝胶法结合固相烧结法制备富锂固溶体正极材料Li[Li0.2Ni0.2Mn0.6]O2。通过X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、激光粒度仪对所得样品的结构、形貌、粒径分布进行了表征,并测试了材料的电化学性能。采用CA配位制备的材料的电化学性能优于用EDTA配位制备的材料的电化学性能,室温下以18 mA.g-1的电流密度,在2.0~4.8 V电压范围内充放电,用CA制备的材料首次充电比容量高达324 mAh.g-1,首次库伦效率达82%;在180 mA.g-1的电流下,其可逆比容量保持在120 mAh.g-1。     

LiNi0.05Mn1.95O4的合成及对Li+的离子交换动力学

用溶胶-凝胶法合成出尖晶石结构的LiNi0.05Mn1.95O4,用0.5 mol·L-1过硫酸铵对其进行改型,制得锂离子筛LiNiMn-H.LiNiMn-H对Li+的饱和交换容量达5.2 mmol·g-1.用缩核模型(Shrinking-Core Model)处理该离子交换的反应动力学数据得到LiNiMn-H吸附Li+时离子交换反应的控制步骤是颗粒扩散控制(PDC),同时得到了该实验条件下锂离子筛LiNiMn-H吸附Li+的动力学方程和颗粒扩散系数De.