鋰離子篩λ-二氧化錳的固相法制備及其對(duì)鋰離子的選擇性

王 昶，翟炎龍，酒井裕司，豆寶娟，王 希，曹鵬飛

（1.天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津300457；2.天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院；3.工學(xué)院大學(xué)工學(xué)部環(huán)境能源化學(xué)科）

鋰離子篩λ-二氧化錳的固相法制備及其對(duì)鋰離子的選擇性

王 昶1，翟炎龍2，酒井裕司3，豆寶娟1，王 希1，曹鵬飛2

（1.天津科技大學(xué)海洋科學(xué)與工程學(xué)院，天津300457；2.天津科技大學(xué)材料科學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院；3.工學(xué)院大學(xué)工學(xué)部環(huán)境能源化學(xué)科）

以單水氫氧化鋰和四氧化三錳為原料，用固相法制備出尖晶石型錳酸鋰（LiMn2O4），經(jīng)硝酸洗滌脫鋰后制備了鋰離子篩λ-二氧化錳。測(cè)定了鋰離子篩λ-二氧化錳的飽和吸附量、pH滴定曲線及分配系數(shù)，討論了焙燒時(shí)間對(duì)前驅(qū)體鋰洗脫率、錳溶損率及鋰離子篩吸附性能的影響。結(jié)果表明，前驅(qū)體錳酸鋰經(jīng)硝酸一次酸洗后，鋰洗脫率和錳溶損率分別為95%和25%；經(jīng)固相法制備的鋰離子篩在含0.1 mol/L氫氧化鈉和10 mmol/L氯化鋰的混合溶液中對(duì)鋰離子的飽和吸附量為30.9 mg/g，達(dá)到理論飽和吸附量（40.2 mg/g）的76.9%；pH滴定曲線及鋰離子篩對(duì)鋰離子、鈉離子、鉀離子的分配系數(shù)均表明，該鋰離子篩對(duì)鋰離子具有很高的選擇性。

鋰離子篩；固相法；吸附；LiMn2O4；λ-MnO2

鋰是重要的輕金屬，鋰及其化合物廣泛應(yīng)用于玻璃陶瓷、電解鋁、潤(rùn)滑脂、空調(diào)制冷、冶金、醫(yī)藥、試劑和有機(jī)合成等傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域，并且在新型高能電池、航空航天技術(shù)、功能材料和核聚變發(fā)電等高科技領(lǐng)域的應(yīng)用也得到快速發(fā)展［1-2］。中國(guó)是一個(gè)鋰資源大國(guó)，已探明的鋰資源工業(yè)儲(chǔ)量約為1 500萬(wàn)t，其中鹽湖鹵水鋰資源約占80%，主要分布于青藏高原的鹽湖中。鹽湖鹵水提鋰在技術(shù)上仍然還存在難點(diǎn)，其分離方法有沉淀法、溶劑萃取法、離子交換吸附法、煅燒浸取法等［3］，已實(shí)現(xiàn)工業(yè)化的方法為沉淀法，該法生產(chǎn)的鋰及其化合物占世界總產(chǎn)量的80%以上。但中國(guó)的鹽湖鎂鋰物質(zhì)的量比很高，不適合沉淀法提鋰，所以開(kāi)發(fā)鹽湖鹵水提鋰的方法十分重要。由于離子交換吸附法可直接從溶液鋰資源中提取鋰，且具有選擇性高、吸附量大、無(wú)毒無(wú)污染、成本低等特點(diǎn)，被人們廣泛關(guān)注［4-6］。筆者選用LiOH·H2O和Mn3O4為原料，采用固相法合成LiMn2O4，通過(guò)酸洗脫鋰得到鋰離子篩λ-MnO2，使用XRD、SEM等分析手段對(duì)其物性進(jìn)行表征，探討離子篩λ-MnO2的吸附性能及其飽和吸附量，分析焙燒時(shí)間對(duì)LiMn2O4鋰洗脫率、錳溶損率及離子篩λ-MnO2飽和吸附量的影響，為開(kāi)發(fā)適合于海水及鹵水中提鋰的高效離子篩（吸附劑）提供重要的科學(xué)依據(jù)。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 試劑與儀器

試劑：MnO2、LiOH·H2O、LiCl、NaOH、NaCl、KOH、KCl，上述試劑均為分析純。

儀器：SHA-B型水浴恒溫振蕩器；XD-3型X射線衍射儀；SU-1510掃描電子顯微鏡；WFX-120型原子吸收儀；pH 3210 SET 2型pH計(jì)。

1.2 鋰離子篩的制備

1.2.1 前驅(qū)體的制備

稱取一定量的MnO2，在箱式電阻爐內(nèi)于1100℃下焙燒90 min，獲得產(chǎn)物Mn3O4，將Mn3O4和LiOH· H2O以n（Mn）/n（Li）為2∶1于瑪瑙研缽中研磨均勻，然后以10℃/min的升溫速率在425℃的馬弗爐中焙燒6 h，放置12 h后，將焙燒物于瑪瑙研缽中再次研磨均勻，將樣品置于720℃（該溫度是經(jīng)過(guò)前期研究之后確定的）的馬弗爐中再次焙燒6 h，即得到前驅(qū)體LiMn2O4。將前驅(qū)體記為L(zhǎng)i-X，其中X代表焙燒時(shí)間。

1.2.2 鋰離子篩的制備

將一定量的上述制備的鋰離子篩的前驅(qū)體，按照n（H+）/n（Li+）為18的條件，放置于1 mol/L HNO3溶液中，振蕩（水浴恒溫25℃±0.5℃，酸洗溫度均在此條件下進(jìn)行）洗滌24 h，然后過(guò)濾，收集酸洗液用于分析鋰和錳的洗脫率，而固體樣品再用去離子水反復(fù)清洗3次，最后置于70℃的烘箱內(nèi)干燥12 h，即可得到所需的鋰離子篩λ-MnO2。將這些離子篩樣品記為H-X，其中H表示酸洗后的鋰離子篩，而X表示焙燒時(shí)間。

1.3 物性分析

使用X射線衍射及掃描電子顯微鏡分析樣品的晶相及酸洗對(duì)前驅(qū)體LiMn2O4晶體結(jié)構(gòu)和形貌的影響；還使用原子吸收儀，進(jìn)一步測(cè)定離子篩的吸附性能及樣品中Li和Mn的含量。

1.4 鋰離子篩的吸附性能

1.4.1 飽和吸附量

在一定濃度的含鋰溶液中加入一定量的鋰離子篩H-6，然后放置在振蕩器（水浴恒溫25℃±0.5℃，吸附實(shí)驗(yàn)均在此溫度下進(jìn)行）上進(jìn)行振蕩，取不同振蕩時(shí)間下的溶液稀釋到一定的濃度，用原子吸收儀測(cè)定上述溶液中剩余鋰離子的含量。當(dāng)溶液中剩余鋰離子的含量基本不變時(shí)，便可認(rèn)為吸附達(dá)到平衡，對(duì)應(yīng)的振蕩時(shí)間即為吸附平衡時(shí)間，對(duì)應(yīng)的吸附量即為鋰離子篩的飽和吸附量。由吸附液中的初始Li+濃度和吸附平衡后的Li+濃度可計(jì)算出鋰離子篩對(duì)Li+的飽和吸附量，計(jì)算式如下：

其中：Qe為離子篩的飽和吸附量，mg/g；V為吸附液的體積，mL；ρ0為吸附液的初始Li+質(zhì)量濃度，mg/mL；ρe為吸附液的平衡Li+質(zhì)量濃度，mg/mL；m為離子篩的投加量，g。

1.4.2 分配系數(shù)Kd和分離因數(shù)α

為了考察鋰離子篩對(duì)Li+、Na+、K+的分配系數(shù)和分離因數(shù)，分別配制pH為2.00、3.00、4.00的含Li+、Na+、K+3種離子且每種堿金屬離子的濃度均為1×10-4mol/L的混合溶液。然后投加一定量的鋰離子篩樣品（H-6），振蕩3 d，然后測(cè)定吸附后溶液中堿金屬離子的濃度和溶液pH，并計(jì)算各堿金屬離子的分配系數(shù)Kd和分離因數(shù)α，計(jì)算式分別為：

其中：Kd為分配系數(shù)，mL/g；Qe為離子篩的飽和吸附量，mg/g；Ce為吸附達(dá)到平衡后溶液中剩余的金屬離子質(zhì)量濃度，mg/mL。

其中：αLi/Na為離子篩對(duì)Li+、Na+的分離因數(shù)，Kd（Li+）和Kd（Na+）分別為離子篩對(duì)Li+和Na+的分配系數(shù)，mL/g。

1.4.3 pH滴定曲線

為了考察離子篩對(duì)Li+的選擇性，需要對(duì)離子篩進(jìn)行Li+、Na+、K+的pH滴定分析。將0.100 g離子篩樣品H-6浸入10 mL不同比例的混合溶液（0.1 mol/L MCl+0.1 mol/L MOH，M=Li+、Na+、K+）中，并在室溫下振蕩3 d。其中空白曲線不投加鋰離子篩，使用pH計(jì)測(cè)定溶液最終的pH。

2 結(jié)果和討論

2.1 物性分析

2.1.1 XRD分析

為了考察焙燒時(shí)間對(duì)前驅(qū)體LiMn2O4晶相和結(jié)晶度的影響，分別對(duì)不同焙燒溫度下獲得的Li-6、Li-12、Li-18、Li-24進(jìn)行 X射線衍射分析，衍射靶為 Cu靶，Kα射線，λ=0.154 18 nm，掃描速度為4（°）/min，掃描范圍為5～70°，其結(jié)果表示在圖1中。由圖 1可知，4種前驅(qū)體樣品在 2θ=18.66、36.14、37.86、44.02、48.14、58.16、63.94、67.30°處顯示了強(qiáng)的特征峰，這些特征峰（圖1標(biāo)出了各特征峰對(duì)應(yīng)的晶面指數(shù)）與JCPDS標(biāo)準(zhǔn)卡片NO.35-0782對(duì)應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)物L(fēng)iMn2O4的特征衍射峰及晶面指數(shù)一致，并且沒(méi)有雜峰，表明制備出的樣品純度較高。同時(shí)，隨著焙燒時(shí)間的不斷延長(zhǎng)，峰形越來(lái)越尖銳，峰強(qiáng)度也越來(lái)越大，也就是說(shuō)高溫下LiMn2O4的結(jié)晶度高，晶體結(jié)構(gòu)更加規(guī)整。

圖1 不同焙燒時(shí)間下LiMn2O4的XRD圖

為了探討前驅(qū)體LiMn2O4經(jīng)脫鋰后所得離子篩λ-MnO2的晶體結(jié)構(gòu)，對(duì)H-6進(jìn)行了X射線衍射分析，為了進(jìn)行比較，將H-6和對(duì)應(yīng)前驅(qū)體Li-6的譜圖一同放在圖2中。由圖2可知，Li-6和H-6的XRD圖極為相似，變化很小。表明在酸洗脫鋰過(guò)程中前驅(qū)體的尖晶石型晶體結(jié)構(gòu)并沒(méi)有發(fā)生改變，離子篩與前驅(qū)體的晶體結(jié)構(gòu)相同，進(jìn)而表明鋰離子的脫出是拓?fù)湫缘?。與Li-6相比，H-6譜圖中的第二個(gè)峰強(qiáng)度略有下降，各特征峰向高角度略有移動(dòng)，這是由于Li+的脫出，晶格中Li占據(jù)的8a四面體位置形成空位，使晶胞發(fā)生收縮，晶格常數(shù)變小，形成了細(xì)微的空腔，而峰強(qiáng)度的下降可能是因?yàn)镸n的溶損導(dǎo)致結(jié)晶度下降。

圖2 Li-6和H-6的XRD圖

酸洗過(guò)程是一個(gè)較為復(fù)雜的化學(xué)過(guò)程，目前被大家認(rèn)可的是Feng Qi等［7］提出的氧化還原反應(yīng)和離子交換反應(yīng)共存的脫鋰機(jī)理。脫鋰過(guò)程中，鋰的脫出是拓?fù)湫缘?，所得的離子篩仍為尖晶石結(jié)構(gòu)。

2.1.2 前驅(qū)體和鋰離子篩的SEM圖

經(jīng)過(guò)高溫焙燒得到的鋰離子篩前驅(qū)體呈灰黑色粉體，酸洗后仍然呈灰黑色粉體，從外觀和顏色上并沒(méi)有觀察到明顯的差別。圖3a和3b分別為L(zhǎng)i-6和H-6的SEM圖。在放大倍數(shù)為5 000倍的掃描電子顯微鏡下觀察前驅(qū)體和相應(yīng)的鋰離子篩時(shí)，它們的微觀形貌呈現(xiàn)明顯差別，前驅(qū)體表面規(guī)整，具有層狀結(jié)構(gòu)，粒徑范圍為1～5 μm；而鋰離子篩表面出現(xiàn)很多小孔，表面變得粗糙，已看不出層狀結(jié)構(gòu)，粒徑范圍仍為1～5 μm。說(shuō)明酸洗時(shí)，前驅(qū)體發(fā)生了一定程度的溶損。

圖3 Li-6（a）和H-6（b）的SEM圖

2.2 鋰離子篩的吸附性能

2.2.1 飽和吸附量

圖4 離子篩吸附量與吸附時(shí)間的關(guān)系

圖4為鋰離子篩H-6在不同吸附時(shí)間下的吸附量，橫坐標(biāo)為吸附時(shí)間，左側(cè)縱坐標(biāo)為溶液中剩余的鋰離子濃度，右側(cè)縱坐標(biāo)為對(duì)應(yīng)的吸附量。由圖4可知，吸附液中加入離子篩后的前15 h，溶液中剩余鋰離子的濃度急劇下降，表明這一階段因溶液中鋰離子濃度高而且吸附劑鋰離子篩的空位多，促使了Li+的吸附，吸附速率很快；但隨著吸附量的不斷增加，溶液中鋰離子濃度下降，空位不斷減少，15 h后鋰離子濃度下降比較緩慢。48 h后溶液中剩余Li+質(zhì)量濃度為6.7 μg/mL，相應(yīng)的吸附量為30.5 mg/g；而72 h后，溶液中剩余Li+質(zhì)量濃度為5.6 μg/mL，相應(yīng)的吸附量為30.9 mg/g，吸附量增加很小，可認(rèn)為鋰離子篩在吸附液中吸附72 h后達(dá)到吸附平衡。另外，還觀察到初始吸附時(shí)有很多小氣泡生成，溶液很快變?yōu)闇\紫色。這是因?yàn)樵谳^高濃度的OH-條件下，反應(yīng)速率很快，發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，生成了高錳酸根離子和氧氣［8］，說(shuō)明離子篩吸附Li+時(shí)發(fā)生了劇烈的氧化還原反應(yīng)。

吸附動(dòng)力學(xué)符合偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型，模型方程如下：

其中：t表示吸附時(shí)間，h；qt表示振蕩時(shí)間為t時(shí)的吸附量，mg/g；qe表示飽和吸附量，mg/g；k2表示偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)模型吸附速率常數(shù)，g·mg-1·h-1。擬合方程為y=0.031 45χ+0.064 69，相關(guān)系數(shù)R2=0.999 67（如圖5所示）。由模型方程可算出qe=32.26 mg/g，k2= 0.015 g·mg-1·h-1。

圖5 偽二級(jí)動(dòng)力學(xué)擬合曲線

2.2.2 分配系數(shù)Kd和分離因數(shù)α

表1為鋰離子篩的分配系數(shù)和分離因數(shù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。由表1可知，在實(shí)驗(yàn)的pH范圍內(nèi)，鋰離子篩H-6對(duì)Li+、Na+、K+的分配系數(shù)均隨pH的增大而增大，增長(zhǎng)幅度隨pH的升高而急劇減小。離子篩λ-MnO2對(duì)Li+、Na+和Li+、K+的分離因數(shù)均隨pH的升高而增大，且隨pH的升高增長(zhǎng)幅度急劇變小。堿金屬離子的選擇性次序?yàn)镵+＜Na+＜Li+；鋰離子篩對(duì)Li+、Na+和Li+、K+的分離因數(shù)均在15以上；當(dāng)pH大于3時(shí)，鋰離子篩對(duì)Li+、Na+和Li+、K+的分離因數(shù)均在30以上，說(shuō)明該離子篩對(duì)Li+具有良好的選擇性。

表1 鋰離子篩的分配系數(shù)和分離因數(shù)

該實(shí)驗(yàn)中吸附是在酸性條件下進(jìn)行的，但離子篩對(duì)Li+、Na+、K+均有吸附，而且吸附后溶液的pH變得更小，這就說(shuō)明鋰離子篩樣品的晶格中含有少量的羥基，羥基中的質(zhì)子能與堿金屬離子發(fā)生離子交換反應(yīng)，從而導(dǎo)致溶液的pH減小。離子篩對(duì)Li+的分配系數(shù)比對(duì)Na+、K+的分配系數(shù)大得多，主要原因是三者中Li+的半徑最小，而且鋰離子篩晶格中空穴位的尺寸和Li+半徑的尺寸一致，Li+不僅能與鋰離子篩λ-MnO2晶格表面上羥基中的H+發(fā)生離子交換反應(yīng)而被吸附，還能很輕易地進(jìn)入到晶格內(nèi)部的空穴位上而被吸附，而Na+、K+因半徑較大不能進(jìn)入到鋰離子篩晶格的內(nèi)部，只能與鋰離子篩晶格表面上羥基中的H+發(fā)生離子交換反應(yīng)而被吸附；次要原因是Li+的半徑小于Na+、K+的半徑，羥基中的O與Li+的靜電引力大于O與Na+、K+的靜電引力，羥基中的O更容易與Li+結(jié)合而發(fā)生離子交換反應(yīng)。

2.2.3 pH滴定曲線分析

圖6為樣品H-6對(duì)Li+、Na+、K+的pH滴定分析曲線，橫坐標(biāo)為溶液中加入的OH-物質(zhì)的量與吸附劑質(zhì)量比，縱坐標(biāo)為溶液的pH。pH滴定曲線顯示樣品具有一元酸特性，對(duì)Li+具有很高的離子交換量，但對(duì)Na+，K+的離子交換量很小。在整個(gè)pH變化范圍內(nèi)親和順序?yàn)镵＜Na＜Li，從離子的大小也可以看出，由于鋰離子篩中的空位較小，對(duì)較大的離子Na+，K+在空間上形成阻礙，抑制了這些較大離子的進(jìn)入，充分說(shuō)明鋰離子篩對(duì)鋰離子具有很高的選擇性。

圖6 pH滴定曲線

2.2.4 鋰洗脫率和錳溶損率

根據(jù)酸洗時(shí)脫出的鋰、錳含量和前驅(qū)體中初始的鋰、錳含量，可計(jì)算出酸洗時(shí)的鋰洗脫率和錳溶損率。計(jì)算式如下：

其中：Ei代表金屬i（Li、Mn）溶出率，對(duì)Li即為鋰洗脫率，對(duì)Mn則為錳溶損率；ρi1代表洗脫液中金屬i的質(zhì)量濃度，μg/mL；ρi2代表前驅(qū)體溶解液中金屬i的質(zhì)量濃度，μg/mL；Vi1代表洗脫液體積，mL；Vi2代表前驅(qū)體溶解液體積，mL。鋰洗脫率和錳溶損率結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 鋰洗脫率和錳溶損率

由表2可知，4種前驅(qū)體LiMn2O4經(jīng)硝酸洗滌后，鋰的洗脫率均在95%左右，鋰幾乎完全被抽出，錳的溶損率在25%左右，各樣品之間的鋰洗脫率和錳溶損率差別很小，說(shuō)明實(shí)驗(yàn)范圍內(nèi)焙燒時(shí)間對(duì)鋰洗脫率和錳溶損率的影響不大。

2.2.5 焙燒時(shí)間對(duì)鋰離子篩λ-MnO2吸附性能的影響

表3為不同焙燒時(shí)間下獲得的鋰離子篩的飽和吸附量數(shù)據(jù)。由表3可知，4種不同焙燒時(shí)間下獲得的離子篩樣品，都表現(xiàn)出很高的飽和吸附量，最高可達(dá)33.6 mg/g。焙燒時(shí)間為6 h的樣品，其飽和吸附量為30.9 mg/g，隨著焙燒時(shí)間的延長(zhǎng)，飽和吸附量也稍有增加。這些樣品的飽和吸附量均在理論飽和吸附量（40.2 mg/g）的75%以上。最大吸附量與石西昌等［9］采用固相法合成的 λ-MnO2的飽和吸附量23.75mg/g相比，提高了9.85mg/g，與KoyanakaHideki等［10］采用固相法合成的 λ-MnO2的飽和吸附量26.5 mg/g相比，也提高了7.1 mg/g。

表3 焙燒時(shí)間對(duì)鋰離子篩飽和吸附量的影響

3 結(jié)論

以LiOH·H2O和Mn3O4為原料，720℃下焙燒6 h可獲得鋰離子篩的前驅(qū)體 LiMn2O4，經(jīng)硝酸酸洗后得到鋰離子篩λ-MnO2，其飽和吸附量達(dá)到30.9 mg/g。分配系數(shù)、分離因數(shù)及pH滴定數(shù)據(jù)表明離子篩λ-MnO2對(duì)Li+有很高的選擇性。

［1］ 王祿，馬偉，韓梅，等.高效鋰離子篩吸附劑MnO2·0.5H2O的軟化學(xué)合成及吸附性能研究［J］.化學(xué)學(xué)報(bào)，2007，65（12）：1135-1139.

［2］ 董殿權(quán)，畢參參，李晶，等.三維有序大孔鋰離子篩的制備及其交換性能研究［J］.無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2012，28（7）：1423-1428.

［3］ 雪晶，胡山鷹.我國(guó)鋰工業(yè)現(xiàn)狀及前景分析［J］.化工進(jìn)展，2011，30（4）：782-787.

［4］ 冀康平.鋰資源的開(kāi)發(fā)與利用［J］.無(wú)機(jī)鹽工業(yè)，2005，37（5）：7-9.

［5］ 馬立文，陳白珍，石西昌，等.富鋰鋰錳氧化物的制備及其在溶液中的抽L(zhǎng)i+/吸Li+性能［J］.無(wú)機(jī)化學(xué)學(xué)報(bào)，2011，27（4）：697-703.

［6］ 許惠，陳昌國(guó)，宋應(yīng)華.鋰離子篩前驅(qū)體Li4Mn5O12的制備及性能研究［J］.無(wú)機(jī)材料學(xué)報(bào)，2013，28（7）：720-726.

［7］ Feng Qi，Miyai Yoshitaka，Kanoh Hirofumi，et al.Li+extraction/ insertion with spinel-type lithium manganese oxides.Characterization of redox-type and ion-exchange-type sites［J］.Langmuir，1992，8（7）：1861-1867.

［8］ Kanzaki Y，Taniguchi A，Abe M.Mechanism of lithium ion insertion into λ-MnO2［J］.Journal of Electrochemical Society，1991，138（1）：333-334.

［9］ 石西昌，余亮良，陳白珍，等.尖晶石型鋰離子篩的制備及其吸附性能［J］.中南大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2011，42（8）：2198-2203.

［10］ Koyanaka Hideki，Matsubaya Osamu，Koyanaka Yoshio，et al.

Quantitative correlation between Li absorption and H content in manganese oxide spinel λ-MnO2［J］.Journal of Electroanalytical Chemistry，2003，559：77-81.

聯(lián)系方式：wangc88@163.com

制備碳酸鋰的方法

本發(fā)明涉及一種制備碳酸鋰的方法，所述方法包括：將氨和二氧化碳?xì)怏w（碳酸氣）與含氯化鋰的水溶液混合以進(jìn)行碳酸化反應(yīng)；然后通過(guò)固液分離來(lái)回收所產(chǎn)生的固體。本發(fā)明還涉及制備高純度碳酸鋰的方法。本發(fā)明的方法能夠降低運(yùn)輸成本，并且可通過(guò)簡(jiǎn)單的洗滌操作提高碳酸鋰的純度。

CN，103449481

Lithium ion-sieve λ-MnO2prepared by solid state reaction and its selectivity for Li+

Wang Chang1，Zhai Yanlong2，Sakai Yuji3，Dou Baojuan1，Wang Xi1，Cao Pengfei2
（1.College of Marine Science&Engineering，Tianjin University of Science&Technology，Tianjin 300457，China；2.College of Material Science&Chemical Engineering，Tianjin University of Science&Technology；3.Department of Environmental Chemical Engineering，Kogakuin University）

Lithium ion-sieve λ-MnO2was obtained from spinel type precursor LiMn2O4treated with nitric acid，and LiMn2O4was synthesized with LiOH·H2O and Mn3O4as raw materials by solid state reaction.Saturated adsorption capacity，pH titration curve， and distribution coefficient of lithium ion-sieve were determined，and the effects of calcination time on lithium extraction ratio，manganese dissolving ratio，and adsorption property of lithium ion-sieve were discussed.Results showed that the lithium extraction ratio and the manganese dissolving ratio were 95%and 25%，respectively，after the first nitric acid treatment;For λ-MnO2，the saturated adsorption capacity of Li+was 30.9 mg/g in a 0.1 mol/L NaOH and 10 mmol/L LiCl mixed solution，which reached 76.9%of its theoretical saturated adsorption capacity（40.2 mg/g）；the pH titration curve and distribution coefficient（for Li+，Na+，and K+）of lithium ion sieve showed that this lithium ion-sieve exhibited excellent selectivity for Li+.

lithium ion-sieve；solid state reaction；adsorption；LiMn2O4；λ-MnO2

TQ137.12

A

1006-4990（2014）04-0037-05

2013-10-12

王昶（1958— ），男，教授，博士，研究方向?yàn)闊o(wú)機(jī)材料吸附劑、生物質(zhì)低溫催化熱解、非均相FENTON催化氧化。