锂离子筛膜的制备及应用性能研究

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从可持续资源利用角度来看,海水中提取锂盐前景非常远大。目前海水提锂方面的研究主要集中于对尖晶石型锂吸附剂(又称锂离子筛)的研究,粉体的渗透性和流动性很差;将离子筛做成粒状用来提锂,操作周期长、不连续及设备庞大等诸问题又会出现;开展锂离子筛膜的研究将会实现连续化运行。因此研制锂离子筛膜对实现连续法海水提锂技术有着重要的理论意义和实际应用价值。本文开展了锂离子筛膜的制备及交换及选择性能研究。首先探索了硅溶胶过渡层合成锂离子筛膜的合成条件。以无水乙醇、正硅酸乙酯、水、硝酸、表面活性剂CTAB为原料溶胶凝胶法制备过渡层,分别考察了有无CTAB、硅溶胶是否稀释、TEOS与H2O的摩尔比、硅溶胶涂覆次数对陶瓷管表面涂覆结果的影响以及硅溶胶涂覆陶瓷管后焙烧温度和速率;引入过渡层后,以双氧水、硝酸锰、氢氧化锂为原料合成锂离子筛膜,考察硅溶胶涂覆次数和合成次数对合成膜的影响。最佳合成条件为:在n(TEOS): n(H2O): n(EtOH): n(HNO3)=1:6:3.8:0.085,加入CTAB制备硅溶胶,用无水乙醇稀释涂覆陶瓷管三次焙烧后得到有过渡层的陶瓷管载体,干燥、焙烧,二次水热法合成三次得到的锂离子筛膜。SEM表征所获得的钾离子筛膜表面连续致密、完整,膜层与膜管结合比较紧密;单气体渗透性测定表明,合成三次所获得的钾离子筛膜,发现对氮气和氢气具有一定的渗透性能,且单一气体H2/N2的理想分离因数达到0.7157。第二种方法是探索硅沸石膜做过渡层合成锂离子筛膜。以正丁胺为模板剂,原料配比nSi:nAl:n模板剂:nKOH:nH2O=36.8:8:1:24.8:771,反应温度200℃,反应时间24h,合成沸石膜过渡层。合成锂离子筛膜的最佳条件是过渡层合成两次或三次后,真空引入晶种,在锂锰氧化物原料液中水热合成三次或四次,得到比较理想的锂离子筛膜。合成三次或四次的锂离子筛膜的单组份气体渗透能力良好,合成三次和四次的膜对N2和H2理想分离因数分别为1.161和1.520。此外,当采用高钾离子筛过渡层法制备锂离子筛膜时,发现合成的锂离子筛膜表面有很多有裂缝出现,因此该方法无法形成完整的锂离子筛膜。对制备的膜进行离子交换选择性能初探,离子筛膜能够在没有施加任何外加能量的情况下,自发、连续稳定地进行离子交换过程,关于进一步提高稳定性等性能还需更深入地地探索研究。
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