镍改性钛系锂离子筛的制备及性能研究

doi:10.19964/j.issn.1006-4990.2024-0446

摘要/Abstract

摘要：

针对钛系锂离子筛（H₂TiO₃）在周期循环过程中存在溶损，导致循环性能较差的问题，研究通过金属离子掺杂改变晶格结构来提升稳定性。采用球磨混料，经过高温固相反应和离子交换，制备了镍改性钛系锂离子筛（Ni-HTO），探究了镍掺杂对吸附剂的结构、吸附性能及稳定性的影响，并考察了其在盐湖提锂领域中的适用性，为实际应用提供参考。结果表明：Ni掺杂有效降低了偏钛酸离子筛中Ti⁴⁺的溶出；此外，镍改性离子筛的（002）晶面间距有所减小，对Li⁺的吸附选择性显著提升，其中Li⁺对Mg²⁺的分离因子达到了281.23，且饱和吸附量为30.5 mg/g。成型后的颗粒吸附剂（Ni-HTO）用于拉果错盐湖卤水提锂测试，经20次循环吸附，对Li⁺的吸附容量保持在9.55 g/L左右，平均Ti⁴⁺溶损率由改性前的0.68%降低至0.20%，且平均选择性显著提升，表明其具备优异的吸附性能、循环稳定性及选择性。综上，镍改性钛系锂离子筛在盐湖提锂领域具有较大的应用潜力。

关键词: 吸附剂, 钛系离子筛, 掺杂, 稳定性, 盐湖卤水

Abstract:

In order to solve the problem of poor cycling performance caused by the dissolution loss of titanium-based lithium ion sieves（H₂TiO₃） during periodic cycling，it was aimed to improve the stability by changing the lattice structure with metal ion doping.The Ni-modified titanium-based lithium ion sieve（Ni-HTO） was prepared by utilizing ball milling for mixing，followed by high-temperature solid-state reaction and ion exchange.The effects of nickel doping on the structure，adsorption performance，and stability of the adsorbent were investigated，and its applicability in lithium extraction from salt lakes was assessed to provide insights for practical applications.The results showed that the dissolution of Ti⁴⁺ in the metatitanic acid ion sieve was reduced after Ni doping.Furthermore，the（002） interplanar spacing of the Ni-modified ion sieve was decreased，which significantly improved the adsorption selectivity for Li⁺.Specifically，the separation factor of Li⁺ to Mg²⁺ reached 281.23，with a saturated adsorption capacity of 30.5 mg/g.The granulated adsorbent（Ni-HTO） was used in the lithium extraction test of Laguocuo Salt Lake brine.The results showed that the adsorption capacity for Li⁺ remained around 9.55 g/L，the average Ti⁴⁺ dissolution loss rate was decreased from 0.68%（unmodified） to 0.20%，and the average selectivity was significantly improved after 20 cycles，which indicated that Ni-HTO had excellent adsorption properties，cyclic stability and selectivity.In summary，the Ni-modified titanium-based lithium ion sieve had great application potential in the field of lithium extraction from salt lakes.

Key words: adsorbent, titanium-based lithium ion sieve, doping, stability, salt lake brine

中图分类号:

TQ138.13

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图/表 13

表1

图1

表2

图2

图3

图4

图5

图6

图7

图8

表3

表4

HTO和0.01Ni-HTO对卤水中主要金属离子的分离效果

阳离子	HTO					0.01Ni-HTO
阳离子	ρ₀/（g·L^-1）	ρ_e/（g·L^-1）	K_d/（mL·g^-1）	$α N L i$	F_e/（mL·g^-1）	ρ₀/（g·L^-1）	ρ_e/（g·L^-1）	K_d/（mL·g^-1）	$α N L i$	F_e/（mL·g^-1）
Li⁺	0.24	0.14	142.86	1.00	82.54	0.24	0.16	109.68	1.00	64.41
Na⁺	12.98	12.75	3.61	39.57	3.54	12.98	12.93	0.70	156.69	0.77
K⁺	2.03	1.99	2.91	49.16	3.46	2.03	2.01	0.55	199.42	1.09
Mg²⁺	0.76	0.69	21.19	6.74	18.90	0.76	0.76	0.39	281.23	0.79

表4

图9

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前驱体	前驱体三强峰的偏移角度/（°）
前驱体	（002）	（-131）	（-133）
LTO	0	0	0
0.01Ni-LTO	0.034	-0.023	-0.081
0.03Ni-LTO	0.035	-0.024	-0.082

准一级动力学拟合参数				准二级动力学拟合参数
k₁/h^-1	q_e/（mg·g^-1）	R²		k₂/（mg·g^-1·h^-1）	q_e/（mg·g^-1）	R²
0.211	16.88	0.928		0.030	28.30	0.998

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