鋰離子篩提鋰機(jī)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(duì)象,采用模擬和實(shí)驗(yàn)的方法系統(tǒng)研究了尖晶石型LiMn2O4提鋰機(jī)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(kāi)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(guò)比較各晶體結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)能值、晶胞

2、參數(shù)、鍵長(zhǎng)及鍵角等的變化,得出Li+嵌入過(guò)程為自發(fā)吸熱過(guò)程；8a位置Li或H的分子動(dòng)力學(xué)模擬表明8a位置Li或H具有較強(qiáng)的離子性,能夠很好地解釋離子篩提鋰主要通過(guò)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(zhǎng)約為0.995?,與相關(guān)文獻(xiàn)結(jié)果一致；采用超胞方法構(gòu)建了8a-16c-8a孔道模型并對(duì)其分子動(dòng)力學(xué)模擬,得出Li和H能在孔道中自由移動(dòng)。
　　采用多種洗脫劑對(duì)尖晶石型LiMn2O4進(jìn)行洗脫,篩選出鹽酸

3、和過(guò)硫酸鹽兩類(lèi)具有代表性的洗脫劑。以0.5mol/L HCl為洗脫劑,通過(guò)對(duì)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(yàn)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(dá),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(guò)程的氧化還原反應(yīng)機(jī)理,給出了完善的洗脫過(guò)程與吸附過(guò)程反應(yīng)式。解釋了洗脫和吸附過(guò)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(guò)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(guò)對(duì)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(rèn)為洗脫產(chǎn)物中可能有H存在,同時(shí)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(jī)理。研究結(jié)果認(rèn)為過(guò)硫酸