摘 要

本文研究了在一定的温度、锂锰比和络合剂量的条件下，通过水热法和溶胶-凝胶法，制成锂离子筛前驱体，并且使用不同比例的铝离子对离子筛进行掺杂改性，最后将制得的这些掺杂的离子筛先进行酸洗，再用于吸附锂实验。通过X射线衍射和扫描电镜等一系列分析仪器，得出铝离子改性的最佳用量为0.1以及用水热法制备掺杂铝锂离子筛水热温度为170℃、保温时间为10h和煅烧温度为700℃。通过对不同掺杂比例的铝离子改性后的离子筛吸附氢氧化锂中锂离子效果的研究，分析铝离子改性对离子筛的吸附性能的影响。最后对比两种方法得到产物的脱附性能与吸附性能，得出比较后的结果是水热法较好。

关键词：离子筛 前驱体 掺杂 吸附

Aluminum ion doping lithium ion sieve

ABSTRACT

In this paper, precursors of lithium ion-sieves was made at a certain temperature, the amount of complexing agent and lithium manganese ratio conditions and use different proportions of aluminum ion by hydrothermal and sol-gel method. Finally, conduct adsorption experiment after pickling these ions doped sieve. The optimum amount of aluminum ion modified is 0.1, the optimum reaction temperature is 170℃, calcination time is 10h and calcination temperature is 700℃.Through the study of ion sieve different doping ratio of aluminum ion modified lithium-ion adsorption effect , influence of modified aluminum ions on the adsorption properties of ion-sieve, Finally, comparison of the two methods，hydrothermal method is better.

Key Words: ion-sieves；precursor；doping；adsorption

目录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 文献综述 1

1.1课题背景及意义 1

1.1.1锂离子筛吸附剂 1

1.1.2尖晶石型锰酸锂结构特征 1

1.1.3锂离子筛掺杂物的选择 1

1.2尖晶石型锰酸锂的制备方式 2

1.2.1高温固相法 2

1.2.2熔融浸渍法 3

1.2.3微波合成法 3

1.2.4水热合成法 4

1.2.5共沉淀法 4

1.2.6溶胶-凝胶法 5

1.2.7乳化干燥法 5

1.2.8 Pechini法 6

1.3制备方法的对比 6

1.4尖晶石锰酸锂的掺杂改性 6

1.4.1高温下锰酸锂结构的变化 6

1.4.2 Jahn-Teller畸变 7

1.4.3掺杂体改性 7

第二章 实验装置与分析方法 8

2.1 实验设备及药品 8

2.2分析方法 9

2.3.1 X射线衍射仪（XRD） 9

2.3.2 ICP光谱仪 9

2.3.3扫描电子显微镜(SEM) 9

第三章 掺杂铝锂离子筛的制备与性能 10

3.1.制备方法 10

3.2试剂 10

3.3实验条件的改变 10

3.3.1控制铝的变量 10

3.3.2掺杂离子量的确定 10

3.3.3控制水热温度 10

3.3.4控制煅烧温度 10

3.3.5控制煅烧时间 10

3.4锂离子筛的脱附 11

3.5锂离子筛的吸附实验 11

3.6本章小结 11

第四章 结论与展望 12

4.1结果与讨论 12

4.1.1实验最佳条件的确定 12

4.1.2锂离子筛的脱附吸附实验 16

4.2 两种方法对比 19

4.2.1溶胶-凝胶法制备LiAl_0.1Mn_1.9O₄ 19

4.2.2吸附曲线 20

4.2结论 21

4.3 展望 21

参考文献 22

致谢 24

第一章 文献综述

1.1课题背景及意义

锂作为世界上最轻的金属，并且我国储量丰富，锂、锂合金及锂盐被誉为“工业味精”，可以被广泛应用于润滑剂、制药、电池、原子能、航天等领域^[1,2]，对于民生和国防都具有极其重要的意义，所以人类对锂的依赖不断变强。随着电子产业化和高新科技的发展，锂资源的需求量与日俱增，然而陆地锂资源的减少迫使人们的开发方向转向海洋，其储量达到2.5× 10¹⁴kg，如何从锂资源丰富的海水中高效提锂成为广大科研工作者的研究热点^[3,4]。虽然海洋中锂储量巨大，但是浓度极低，仅仅0.17mg/L。目前常用的方法主要有溶剂萃取法和吸附法，后者被认为最有前途的方法^[5]。近几年来，锂离子筛主要是锰氧化物离子筛提锂是最热门的方法，但是由于过程中它的锰溶损量大以及Jahn-Teller效应的影响，使得再生、稳定性能大大降低，越来越多的人把目光投向了离子掺杂改性上。其中，铝离子因为其优异的物理化学性质，逐渐进入了人们的视线。

1.1.1锂离子筛吸附剂

通过氧化还原反应或离子交换法将模板锂离子导入无机化合物中，经过加热处理和重结晶后变为一种复合氧化物，然后模板锂离子被洗脱剂抽提出来，在此过程中复合氧化物的晶体结构保持不变，得到的无机物质具有一定规则的孔隙结构。在特定条件下，可以使用这种无机材料将锂离子从海水或者卤水中选择性的吸附出来，随后吸附的锂离子被洗脱剂抽提出来，从而实现锂离子的分离、提取和富集。

1.1.2尖晶石型锰酸锂结构特征

尖晶石型锰酸锂属于立方晶系，Fd3m空间群，晶格常数为0.824 5 nm，晶胞体积为0.560 9 nm3，O2-为面心立方密堆结构 ,Li 处于四面体的位置 ,Mn 处于晶格。存在Mn-O骨架，构成了四面体与八面体共面的三维内部空间结构，其结构有利于锂离子的嵌入和脱出，并且在锂离子嵌入和脱出的过程中保持结构稳定，因此被广泛用于锂离子电池阴极材料和锂吸附材料^[6-8]。单位晶格中含有8个Li原子,16个Mn原子,32 个O原子，其中三价锰离子和四价锰离子各占50%。

1.1.3锂离子筛掺杂物的选择

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