鋰離子篩提鋰機能研究.pdf

1、　　在前人高溫固相法合成尖晶石型鋰錳氧化物的基礎(chǔ)上,以接近純相的尖晶石型LiMn2O4為研究對象,采用模擬和實驗的方法系統(tǒng)研究了尖晶石型LiMn2O4提鋰機理,為高效鋰離子篩的合成,及含鋰液體,尤其是海水、鹽湖鹵水鋰資源的開發(fā)奠定基礎(chǔ)。
　　利用 Materials Studio 分子模擬軟件,構(gòu)建并優(yōu)化了尖晶石型 LiMn2O4、HMn2O4、λ-MnO2和 Li0.05Mn2O4等晶體結(jié)構(gòu),通過比較各晶體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能值、晶胞

2、參數(shù)、鍵長及鍵角等的變化,得出Li+嵌入過程為自發(fā)吸熱過程；8a位置Li或H的分子動力學(xué)模擬表明8a位置Li或H具有較強的離子性,能夠很好地解釋離子篩提鋰主要通過脫/嵌8a位置Li完成；優(yōu)化H與8a臨近位置O形成O-H鍵,得出其鍵長約為0.995?,與相關(guān)文獻結(jié)果一致；采用超胞方法構(gòu)建了8a-16c-8a孔道模型并對其分子動力學(xué)模擬,得出Li和H能在孔道中自由移動。
　　采用多種洗脫劑對尖晶石型LiMn2O4進行洗脫,篩選出鹽酸

3、和過硫酸鹽兩類具有代表性的洗脫劑。以0.5mol/L HCl為洗脫劑,通過對離子篩和離子篩吸附產(chǎn)物的化學(xué)分析、XRD分析、熱重分析、紅外分析和濾液中鋰交換量與錳損失量分析,提出并驗證了離子篩和吸附產(chǎn)物化學(xué)組成式可由LixMn2O4(0≤x≤1)表達,其結(jié)構(gòu)依然保持尖晶石結(jié)構(gòu),闡明了以鹽酸為洗脫劑離子篩提鋰過程的氧化還原反應(yīng)機理,給出了完善的洗脫過程與吸附過程反應(yīng)式。解釋了洗脫和吸附過程不徹底是導(dǎo)致離子篩有效吸附量不高的原因,離子篩中 M

4、n3+歧化生成可溶于水的Mn2+是離子篩發(fā)生溶損的主要原因。
　　以過硫酸鹽為洗脫劑,考察了0.2mol/L (NH4)2S2O8 、Na2S2O8和K2S2O8的洗脫效果,均具有較高的鋰交換量和很低的錳損失量。通過對離子篩和離子篩吸附產(chǎn)物的化學(xué)分析、XRD分析、熱重分析、紅外分析等結(jié)果,認為洗脫產(chǎn)物中可能有H存在,同時S2O82-能夠氧化尖晶石中 Mn3+到 Mn4+,給出了洗脫和吸附反應(yīng)式,闡明了反應(yīng)機理。研究結(jié)果認為過硫酸