锰系锂离子吸附剂的掺杂改性及吸附性能研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 1次 | 上传用户:fengyunwoaihui
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本论文以液态锂资源的综合开发利用为目的,选取对Li+具有较高的吸附选择性及理论吸附容量的尖晶石型锰系锂离子筛H1.6Mn1.6O4(HMO)作为吸附剂,并通过掺杂改性的手段来降低HMO在循环使用过程中Mn的溶损,研究其在含锂溶液中的吸附及盐酸溶液中的脱附行为。结合STEM技术及DFT理论计算探索掺杂对吸附及脱附性能的影响机理,为盐湖锂资源的提取开发提供基础数据,其主要研究内容有:(1)结合水热法及固相法成功制备了金属阳离子掺杂的锂锰氧化合物前驱体(LMO-R,R=Na、K、Mg、Ca、Fe、Co、Ni、Al),并通过酸浸之后得到其对应的锂离子筛HMO-R(R=Na、K、Mg、Ca、Fe、Co、Ni、Al),通过SEM形貌分析发现,掺杂以及酸浸前后样品的形貌基本无变化,均呈颗粒状。XRD结果表明,锂锰氧化合物前驱体、吸附剂以及吸附Li+之后的样品(r-LMO-R,R=Na、K、Mg、Ca、Fe、Co、Ni、Al)均保持尖晶石结构,表明其尖晶石结构在酸性环境中比较稳定,有利于Li+的吸附及循环利用。通过FT-IR及XPS分析发现,酸浸前后Li-O和-OH基团以及Mn3+的含量发生变化,表明酸处理过程中存在Li+/H+离子交换过程及Mn溶损。经吸附及抗溶损性研究发现,Na、Co、Al掺杂之后不仅可以提升其吸附容量,还能降低Mn的溶损。结合STEM技术及DFT理论计算证实Na替换16d位置的Li(该部分的Li+较难发生离子交换,主要起到稳定骨架的作用),Al替换16d位置的Mn。由于Na-O键的键能强于Li-O,增强了结构稳定性,降低了Mn的溶损。而Al替换16d位置的Mn,且Al-O键的键能强于Mn-O键,增强结构稳定性,降低了Mn3+的溶损,同时抑制了由于Jahn-Teller效应引起的不可逆的容量衰减。通过比较掺杂前后态密度的变化,发现Na、Al掺杂之后均降低了材料的带隙,提升了材料的电子电导率。(2)选择F、S两种阴离子对Li1.6Mn1.6O4进行掺杂,替换结构中的部分O离子。SEM形貌分析表明,LMO-R(R=F、S)及HMO-R(R=F、S)均呈颗粒状;XRD分析显示,LMO-R(R=F、S)、HMO-R(R=F、S)及r-LMO-R(R=F、S)均为尖晶石结构。F、S掺杂之后,FT-IR及XPS谱图基本无变化。对其进行一系列的吸附及抗溶损性能研究发现,F、S掺杂均能改善Li+的吸附容量但对降低Mn的溶损作用不大。通过DFT理论计算表明,F替换表面32e位置的O,但F掺杂之后并没有降低材料的带隙,表明F掺杂并不会提升材料的电子电导率。(3)选择Na、Al两种金属阳离子与F、S两种阴离子组合,对Li1.6Mn1.6O4进行阴阳离子共掺杂,并通过酸处理得到相应的阴阳离子共掺杂的吸附剂。SEM及XRD结果表明,掺杂及酸洗前后,样品的形貌及晶体结构几乎没有变化,有利于对Li+的吸附及吸附剂的循环利用。经过吸附及抗溶损性能测试发现,阴阳离子共掺杂结合了阴离子掺杂提升吸附容量及阳离子掺杂降低Mn溶损的优势。与单独阴离子掺杂相比,阴阳离子共掺杂降低了Mn的溶损;与单独阳离子掺杂相比,阴阳离子共掺杂提升了吸附容量;与未掺杂的吸附剂相比,阴阳离子共掺杂,既提升了吸附容量,又降低了Mn的溶损。选择性及循环实验发现,阴阳离子共掺杂的吸附剂对Li+具有较好的选择性及循环稳定性。金属阳离子掺杂能够很好的降低Mn的溶损,而阴离子掺杂能够很好的提升Li+的吸附容量。阴阳离子共掺杂综合两者掺杂的优势。
其他文献
校本课程开发是中等职业教育课程改革的一种有效途径,也是中职学校专业课程建设的重要内容。本文通过对《底蕴余杭》校本课程开发实践研究探索,将余杭传统文化的开发和专业课的教学进行结合,使余杭的优秀传统文化资源在专业课的拓展教学中传承、保护和应用,从而拓展学生的文化知识素养学习,满足学生更多元的学习需要,促进学生的发展、文化自觉的形成与身处余杭的归属感、民族认同感的提升。文献研究法、调查研究法、个案研究法
根据新课改的要求,教育不再只注重知识的传授,更强调能力的培养,教育的目标不再是应试,而是要满足学生终身发展的需求。物理学科以物理实验为载体,提高学生的物理实验能力势
正向激励指的是通过物质、精神等多层面的积极引导措施,激励员工向着组织确定的目标路线努力的过程,放在公安队伍这一研究领域,能够促进警察个体认识自我价值,最大限度地调动
近年来,有机电致发光二极管发展非常迅速,由于其具备对比度高、视角宽、重量轻等良好性能成为电致发光领域研究的热点。部分有机电致发光材料得到应用,但是存在光色不纯、效