高Li/Mn比低维纳米氧化物合成及锂吸附性能研究

以离子筛型氧化物为关键材料的吸附分离过程对盐湖锂资源的高效提取具有重要学术价值和研究意义。本课题拟从直接水热反应等软化学合成方法切入，在较低的反应温度下（70-350℃）直接合成高Li/Mn摩尔比的LixMnyOz（x/y=1.0-1.4）三元氧化物前驱体，进一步酸浸脱锂后形成相应的具有高稳定性和大吸附量Li+选择性MnO2oxH2O离子筛；通过控制Li/Mn比、氧化剂浓度和水热反应条件等实现多元氧化物纳米尺寸和低维形貌的可控合成，系统比较与传统MnO2离子筛在Li+选择性吸附过程中不同的行为特点，建立Li/Mn或H/Mn摩尔比、纳米尺寸和低维形貌与Li+选择性吸附性能之间的关系；深入研究Mg/Li比与其它共存离子（如K、Na、Ca等）对离子筛结构、分离效能、稳定性和可再生性能的影响；开发出一种（类）满足高镁锂比卤水直接提锂的选择性吸附剂，同时拓展氧化物功能材料的剪裁制备思想。

以离子筛型氧化物为关键材料的吸附分离过程对盐湖锂资源的高效提取具有重要学术价值和研究意义。课题基于离子筛分材料特殊的物理化学性质或纳米空间效应，设计合成了具有Li+记忆效应的Li/MnO2纳米氧化物，建立了Li/MnO2前驱体与相应氧化物离子筛的物质组成、结构、尺寸和形貌控制的化学合成方法，认识离子筛-溶液体系表面/界面化学效应，探究了离子筛型氧化物结构和Li+选择性吸附性质的关系。筛选了两种离子筛深入研究Mg/Li比与其它共存离子（如K、Na、Ca等）对离子筛结构、分离效能、稳定性和可再生性能的影响，开发了一种可应用于高Mg/Li比条件的新型锂吸附材料。. 研究表明，离子筛的吸附能力和循环稳定性取决于其前驱体的结构、物质组成、Mn离子的价态和分布情况。只有具有尖晶石结构Li-Mn-O化合物在锂脱出和嵌入过程中，仍保持原有的晶格结构，形成特定位置和尺寸空穴。高Li/Mn比前驱体对应的离子筛对Li+的吸附活性位数目大于低Li/Mn比前驱体。另外，随着Mn离子价态升高，晶体结构更加稳定，有利于提高离子筛的循环稳定性。尤其是通过控制反应条件制备出高Li/Mn比尖晶石结构的Li4Mn5O12 和Li1.6Mn1.6O4，其离子筛表现出优良的Li+选择性吸附性能，Li+选择性吸附量可达6.8 mmol/g，对察尔汗盐湖提钾后的老卤进行提锂试验，卤水中Li+的提取率大于85%，LiCl纯度大于90%，在盐湖卤水、海水提锂中有很好的应用前景。.