[发明专利]一种活性炭负载的锂离子筛填料及其制备和应用方法

说明书

本发明涉及一种活性炭负载的锂离子筛填料及其制备和应用方法，特别是树脂活性炭为成型粘合剂，以粉末活性炭为载体，填料为直径3‑5mm，长度5‑20mm的圆柱体，填料的吸附容量为20‑30mg/g；所述的树脂活性炭是酚醛树脂原位固化活化形成的，活性炭孔隙的平均孔径为2‑5nm，能够阻滞锂离子筛的溶解损耗，能够阻挡竞争离子的吸附，改善填料表面亲水性，加快吸锂离子的吸脱附速度；所述的粉末活性炭为比表面积600‑900 m²/g的木质或煤质活性炭；所述的锂离子筛是偏钛酸型H₂TiO₃锂离子筛或尖晶石型H₄Ti₅O₁₂锂离子筛之一，由溶胶凝胶法在粉末活性炭载体上原位形成。本发明填料适用于从卤水海水中吸附提锂。

技术领域

本发明涉及一种活性炭负载的锂离子筛填料及其制备和应用方法，适用于从卤水海水中吸附提锂，属于新能源新材料领域。

技术背景

锂及其化合物在高能电池、航空航天、核聚变发电和超轻高强度锂铝合金等方面得到广泛的应用，目前世界锂产品消耗量以每年15%-20%的速度持续增长，仍不能满足锂的远景市场需求。自然界中的锂资源主要存储于海水、盐湖卤水、地热水和花岗伟晶岩型矿床中，其中矿石中锂的储量不足总储量的3%，迫切需要开发盐湖卤水、海水和地热水等稀锂液态资源。锂离子筛吸附法工艺简单、回收率高、选择性好，特别适合从稀锂液态资源中提锂，该方法的关键是制备吸附容量大和循环性能良好的锂离子筛吸附剂。

锂离子筛是向无机或有机化合物中导入模板Li⁺，首先形成锂离子筛前驱体，然后将其中的Li⁺抽出后形成锂离子筛吸附剂。根据分子的记忆效应、尺寸效应和筛分效应，锂离子筛吸附剂在多种离子共存情况下，对Li⁺离子具有很高的吸附选择性，进而将Li⁺离子同其它离子分离开来，特别适合从卤水或海水等含锂稀溶液中Li⁺的选择性吸附分离。目前重点研究开发的是无机锂离子筛吸附剂，有机和复合材料锂离子筛吸附剂研究目前才起步。

锂吸附容量较大的锂离子筛吸附剂主要有锰系、钛系、锑酸盐、铝盐和磷酸盐型等。锂离子筛吸附剂性能的主要评价指标是吸附容量、容量稳定性、回收再生时的溶解损失率和循环使用寿命等。锂离子筛的主要合成方法有固相烧结法、溶胶凝胶法和水热法等，通常只能得到粉末状的锂离子筛吸附剂，并不适用于工业化填充柱装置采用。针对实际应用还需要解决以下技术难题：（1）细微的粉末状锂离子筛吸附剂过滤回收困难或损失比较大；（2）实验室模拟卤水海水体系中的得出的吸附容量数据和实际体系中采集的吸附容量数据相差很大；（3）在海水中锂离子的吸附速度比较慢，达到饱和吸附所需时间需数十天；（4）锂离子筛吸附饱和后酸洗脱附时锂离子筛的溶解损耗比较大，循环使用寿命不够长；（5）在实际体系中锂离子筛的稳定性较差，吸脱附性能衰减比较快。

改进方法是将锂离子筛负载在适当的载体材料上制备载体型锂离子筛，使载体材料和吸附剂协同发挥作用稳定与提高锂离子筛的性能。根据工业化生产需要，对载体型锂离子筛提出以下技术性能总体要求：（1）适应工程化填料吸附柱分离，适应规模化生产需要；（2）有效吸附面积大，吸脱附速度快；（3）锂离子的浓缩倍率高，吸附容量相对稳定；（4）再生过程中酸溶损耗和机械磨损少；（5）容易进行性能改进和功能强化。

如果能够将锂离子筛上包覆固定在多孔载体材料上，可望降低锂离子筛的溶损和提高其选择性。

发明内容