失效離子篩型鋰吸附劑的性能恢復(fù)

張　潔，歐陽(yáng)云，鄒海晶，冉敬文

(黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃州 438000)

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失效離子篩型鋰吸附劑的性能恢復(fù)

張潔，歐陽(yáng)云，鄒海晶，冉敬文

(黃岡師范學(xué)院 化工學(xué)院，湖北 黃州 438000)

摘要以失效的離子篩型吸附劑為原料，通過(guò)氧化、高溫煅燒除去雜質(zhì)使得吸附性能得到了有效提高，恢復(fù)了其原有結(jié)構(gòu)，比較其循環(huán)吸附/解析性能。

關(guān)鍵詞吸附劑；活化處理；性能比較

鋰及其化合物廣泛應(yīng)用于國(guó)民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，國(guó)際市場(chǎng)上的需求量平均每年以7%~11%的速度增加[1]，鋰礦石資源供給將呈現(xiàn)不足，而鹽湖鹵水中蘊(yùn)藏豐富的鋰資源，占世界鋰儲(chǔ)量的66%[2]，我國(guó)鹽湖鹵水中鋰資源占總儲(chǔ)量的87%[3]，因此，鹽湖鹵水提取鋰的研發(fā)工作對(duì)于我國(guó)鋰產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有重要戰(zhàn)略意義和積極指導(dǎo)意義。

目前從鹽湖鹵水中提鋰前人做了大量的研究工作，探索出了溶劑萃取法、沉淀法、煅燒法、膜分離法和吸附法。綜合考慮來(lái)說(shuō)，吸附法是一種綠色環(huán)保的高效提鋰方法，就穩(wěn)定性、選擇性和吸附容量來(lái)看，尖晶石型離子篩金屬氧化物是最有前途的吸附劑，國(guó)內(nèi)外研究的離子篩型金屬氧化物主要為錳型、尖晶石型鋰錳氧化物[6-9]。尖晶石型鋰錳氧化物的制備方法較多，因制備方法不同而得到不同形態(tài)的鋰錳氧化物，主要有LiMn2O4、Li1.33Mn1.67O4、Li1.6Mn1.6O4，因其高吸附容量、低成本而受到學(xué)者們的青睞(飽和吸附容量在20 mg·g-1以上)，但該吸附劑存在著吸附性能衰減過(guò)快的弊端，使用壽命有限，為此本文償試著對(duì)失效后的吸附劑進(jìn)行性能恢復(fù)研究，以便重復(fù)利用。

1實(shí)驗(yàn)

1.1　失效鋰吸附劑性能的恢復(fù)

1.1.1失效鋰吸附劑的處理

稱(chēng)取一定量的失效吸附劑(代號(hào)為A)，加入千分之五的KMnO4酸性溶液(cH+=1 mol·L-1)浸泡5 h，保持溫度在40 ℃左右并不斷攪拌，直至溶液由紫紅色變成淺紅色或無(wú)色后過(guò)濾，70 ℃干燥得較為干凈的吸附劑。

1.1.2失效鋰吸附劑性能的煅燒

將上述前處理的失效吸附劑研細(xì)，按照m硝酸鋰∶m失效吸附劑=1∶4，準(zhǔn)確稱(chēng)取一定量的無(wú)水硝酸鋰和處理過(guò)的吸附劑，二者在50 ℃以上充分研磨混勻，將所得的混合物轉(zhuǎn)入瓷坩堝，置于馬弗爐內(nèi)，380 ℃煅燒保溫12 h，待冷卻至室溫后取出，研細(xì)得吸附劑前驅(qū)體(代號(hào)為B)；將所得前驅(qū)體放入cH+=0.5 mol·L-1的硫酸溶液中浸泡30 min，并不斷攪拌，過(guò)濾，70 ℃干燥得到新的吸附劑(代號(hào)為C)。

1.2　產(chǎn)物的表征及分析方法

1.2.1XRD表征

采用XRD-6100對(duì)已經(jīng)失效的吸附劑A、處理改進(jìn)后的吸附劑前驅(qū)體B以及新的吸附劑C進(jìn)行X射線衍射分析，管電壓為40kV，電流30 mA，掃描2θ角范圍為5~50°。

1.2.2元素分析

分別稱(chēng)取樣品A、B、C各0.1 g加入三個(gè)碘量瓶中，再加入10 mL 30%H2O2和10 mL 6 mol·L-1鹽酸，150 ℃下反應(yīng)3 h使其樣品完全分解并分解過(guò)量的H2O2，再將此溶液轉(zhuǎn)移至容量瓶中定容，采用TAS-986測(cè)定Mn和Li的含量，確定其組成。經(jīng)分析A、B、C組成分別為L(zhǎng)i1.18Mn1.79O5.2、Li1.32Mn1.66O4.1、H1.31Mn1.66O4。

1.3　吸附、解析性能分析

1.3.1吸附性能分析

利用分析純無(wú)水氯化鋰、緩沖溶液、自來(lái)水配制含鋰濃度為2 g·L-1，pH在6~8的溶液作為吸附液。準(zhǔn)確稱(chēng)取5 g吸附劑C，加入50 mL已配制的吸附液，室溫磁力攪拌，過(guò)濾，采用TAS-986測(cè)定配制的吸附液和濾液中Li的含量，計(jì)算吸附容量：(原液鋰濃度-濾液鋰濃度)×溶液體積/吸附劑質(zhì)量。

1.3.2解析性能分析

利用分析純濃H2SO4配制cH+=0.5 mol·L-1的硫酸溶液。準(zhǔn)確移取此酸溶液50 mL，加入已經(jīng)吸附過(guò)的吸附劑中，室溫磁力攪拌，過(guò)濾，采用TAS-986測(cè)定濾液中Li的含量，計(jì)算解析容量：濾液鋰濃度×溶液體積/吸附劑質(zhì)量。

2結(jié)果與討論

2.1　XRD的比較

圖1為失效后的吸附劑與處理活化后的吸附劑結(jié)構(gòu)比較，從主體來(lái)看，整個(gè)晶相以Li1.33Mn1.67O4為主，但失效的吸附劑明顯存在雜相Mn2O3，在4.71和2.29處是Mn2O3的特征峰，這是由于吸附劑在酸解析過(guò)程中發(fā)生的副反應(yīng)引起的。煅燒過(guò)程中硝酸鋰作為氧化劑，使得雜質(zhì)重新與之發(fā)生氧化還原反應(yīng)，進(jìn)而恢復(fù)原有狀態(tài)。

圖1　XRD的比較

2.2　吸附性能的比較

選用失效的吸附劑與活化后的吸附劑進(jìn)行循環(huán)吸附解析試驗(yàn)，結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以看出，經(jīng)過(guò)處理活化后的吸附劑容量得到了有效提升，達(dá)到了18 mg·g-1，而失效的吸附劑吸附容量?jī)H在5 mg·g-1以下。隨著循環(huán)次數(shù)的逐漸增加，吸附容量逐漸下降，這是由于在解析過(guò)程中發(fā)生歧化反應(yīng)部分吸附劑轉(zhuǎn)化成了無(wú)吸附性能的Mn2O3所致。

圖2　吸附性能的比較

對(duì)于已經(jīng)失效的鋰吸附劑通過(guò)氧化、高溫煅燒可以有效恢復(fù)其性能，其吸附容量能夠達(dá)到18 mg·g-1；從XRD看，性能恢復(fù)后吸附劑其結(jié)構(gòu)是典型的尖晶石相且較純凈。在吸附/解析循環(huán)使用過(guò)程中一直處于較高吸附容量，有利于向應(yīng)用方向發(fā)展。

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編輯王菊平

基金項(xiàng)目湖北省自然科學(xué) (2014CFC1097)；湖北省高等學(xué)校大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)項(xiàng)目(20140514014)。

通訊作者冉敬文，男，湖北松滋人，副教授，博士，主要研究方向?yàn)楣δ懿牧虾铣?、表征及無(wú)機(jī)化合物分離提取。

作者簡(jiǎn)介張潔，女，湖北武穴人，黃岡師范學(xué)院化學(xué)工程與工藝專(zhuān)業(yè)學(xué)生。

收稿日期2014-12-01

doi10.3969/j.issn.1003-8078.2015.06.11

中圖分類(lèi)號(hào)O614

文獻(xiàn)標(biāo)志碼A

文章編號(hào)1003-8078(2015)06-0040-02