锂钛系和锂锰系锂离子筛的合成及其离子交换性能研究
以苯乙烯(Pt)为单体，过硫酸钾(KPS)为引发剂，十二烷基酸钠(SDS)为乳化剂，采用乳液聚合法合成单分散聚苯乙烯(PS)微球，研究了PS微球合成中单体浓度、引发剂和乳化剂用量、搅拌速度以及聚合温度对粒径及分布的影响。用高速离心沉淀法、恒温加热蒸发诱导法和自然沉降法对单分散PS微球进行了组装，制得了PS胶体晶体模板。分别用相应的锂盐、钛盐的前驱物溶液和锂盐、锰盐前驱物溶液填充胶体晶体模板，经过抽滤、干燥、两段恒温焙烧得3DOM锂离子筛前驱体Li4Ti5O12和Li4Mn5O12。前驱体经酸浸改型和低温干燥，最后得3DOM锂离子筛H4Ti5O12(记为LiYi-H)和H4Mn5O12(记为LiMn-H)。用XRD、SEM、饱和交换容量、pH滴定曲线等表征了材料的形貌、结构和离子交换性能。结果表明：一般情况下PS微球粒径随单体、引发剂用量的增加而增大，随乳化剂用量的增加而减小，随反应温度的升高而增大，PS胶体晶体模板微球粒径均匀，呈面心立方(fcc)堆积，三维有序排列；锂离子筛前驱体Li4Ti5O12和Li4Mn5O12的最佳焙烧条件，升温速率2℃/min，两段恒温焙烧，300℃焙烧4h，800℃或850℃焙烧8-10h；3DOM锂离子筛前驱体Li4Yi5O12和Li4Mn5O12和3DOM氧化物锂离子筛均呈三维交联相通的空间网络结构，排列规则有序，孔壁完整，为尖晶石结构；最适宜的酸改型剂分别为0.6mol·L-1的过硫酸铵作和1.0mol·L-1的HCl，3DOM锂离子筛酸稳定性好且溶损率较低，对锂Li+具有较高的选择性。 测定了25℃时，LiTi-H在0.025、0.05、0.10mol·L-1 Li+体系吸附锂的动力学数据，并采用吸附动力学Langmuir方程、Bangham方程和Elovich方程关联离子筛LiTi-H对Li+的离子交换动力学数据。同时测定了不同温度下锂离子筛LiMn-H吸附交换Li+的离子交换等温线，并绘制出H+-Li+交换体系的离子交换等温线图。利用Pitzer电解质溶液理论计算出该离子交换体系的活度系数，进而得到H+-Li+交换的热力学平衡常数KLiαH、标准吉布斯自由能△G0、标准焓变△H0和标准熵变△S0等热力学参数等，判断反应的方向性、吸热放热情况。
锂基离子筛;合成工艺;尖晶石结构;离子交换性能
青岛科技大学
硕士
化学工艺
董殿权
2012
中文
TQ424.29
87
2012-11-30（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）