鋰離子篩膜的制備及其吸附性能研究.pdf

1、尖晶石型錳氧化物離子篩對鋰選擇吸附性能好，是極具發(fā)展前景的鋰吸附劑。但尖晶石型錳氧化物離子篩為粉狀，其流動性和滲透性都較差，不易于工業(yè)操作。近年來研究者將鋰離子篩前驅(qū)體粉末加入到高分子膜材料聚氯乙烯(PVC)鑄膜液中，制成鋰離子篩前驅(qū)體膜。相比于粉狀的鋰離子篩，可以對膜狀鋰離子篩進(jìn)行纏繞等操作，更利于其工業(yè)化的應(yīng)用。
　　本文采用PVC作為成膜材料，制備了摻雜Li1.6Mn1.6O4的PVC鋰離子篩前驅(qū)體膜，通過SEM和吸附實(shí)驗(yàn)考

2、察了PVC濃度、Li1.6Mn1.6O4含量、不同溶劑（DMAc、DMF、NMP）及不同膜厚度對PVC鋰離子篩膜吸附性能和結(jié)構(gòu)的影響。吸附實(shí)驗(yàn)表明吸附量隨著PVC濃度的增大呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢?？刂芇VC濃度為10％和12%，鑄膜液中前驅(qū)體的適宜摻入量均為15%，鋰離子篩膜的吸附量分別為1012mg/m2和983mg/m2。隨著PVC濃度的增大和前驅(qū)體含量的減小，膜表面孔徑逐漸變小，膜表面變得致密。分別使DMF、NMP和DMAc作溶劑，以

3、NMP作溶劑時，膜表面前驅(qū)體的脫落非常嚴(yán)重，由SEM圖可知NMP膜表面出現(xiàn)了較多裂縫，且膜內(nèi)大孔結(jié)構(gòu)的貫穿性較弱，以DMAc和DMF作溶劑時，無上述現(xiàn)象，且吸附量差別不大，分別為1030mg/m2和1040mg/m2。當(dāng)膜厚小于0.089mm時，膜厚對吸附量的影響較大，當(dāng)膜厚大于0.089mm時，膜厚對吸附量無顯著影響；當(dāng)膜厚為0.309mm時，膜斷面結(jié)構(gòu)發(fā)生突變，指狀孔消失，形成了類似海綿狀的結(jié)構(gòu)。經(jīng)8次循環(huán)使用后，吸附量變化不大，說

4、明PVC鋰離子篩膜具有較好的穩(wěn)定性。研究發(fā)現(xiàn)鋰離子篩膜對Li+的吸附規(guī)律符合Langmuir等溫吸附模型。人工海水吸附實(shí)驗(yàn)表明在Li+、Na+、K+、Ca2+、Mg2+共存的溶液中，鋰離子篩膜對鋰具有優(yōu)異的選擇性吸附性能。
　　將鋰錳氧化物(Li1.6Mn1.6O4)添加到聚偏氟乙烯(PVDF)鑄膜液中，通過相轉(zhuǎn)化法制備了摻雜Li1.6Mn1.6O4的PVDF鋰離子篩前驅(qū)體膜，通過SEM和吸附實(shí)驗(yàn)考察了PVDF濃度和Li1.6Mn

5、1.6O4含量對鋰離子篩膜吸附性能和結(jié)構(gòu)的影響。吸附實(shí)驗(yàn)表明，保持前驅(qū)體含量不變，吸附量隨PVDF濃度的增大逐漸增加，但20%PVDF鑄膜液粘度太大，不適于成膜；PVDF濃度為16%，Li1.6Mn1.6O4適宜摻入量為15%，鋰離子篩膜的吸附量為698mg/m2；當(dāng)PVDF濃度為18%，Li1.6Mn1.6O4適宜摻入量為9%，鋰離子篩膜的吸附量最高為869mg/m2。隨著前驅(qū)體含量的增加，16%PVDF膜表面出現(xiàn)了裂縫，膜內(nèi)的大孔結(jié)