摘要
盐湖卤水和海水中含有大量的锂，吸附法因具有成本低廉和环境友好的优点，已被公认为回收锂的最有前途的方法之一。锂离子筛（LISs）是一种具有特定晶体结构的无机材料，由于离子筛效应，LISs对Li+表现出优异的吸附能力和选择性。常见的LISs有锰系和钛系两大类，其中钛系LISs具有更高的理论吸附容量，受到广泛关注。目前，钛系LISs前驱体的合成方法主要有水热法、溶胶-凝胶法和固相煅烧法。与水热法和溶胶-凝胶法相比，固相煅烧法制备的离子筛H2TiO3（HTO）由于存在团聚和烧结行为，吸附能力相对较低。因此，为了提高吸附容量，必须解决团聚现象。同时，LISs呈粉末状，在实际操作过程中压降大、材料损失大、不易操作和回收，限制了其工业应用。成膜是克服这一不足的常规方法之一。因此，本论文主要研究钛系LISs的改性、成膜以及吸附性能，主要内容如下： （1）改进固相煅烧法，将TiO2与Li2CO3在无水乙醇中预处理后再进行煅烧制备锂离子筛前驱体Li2TiO3（LTO）。通过X射线粉末衍射（XRD）对不同条件下合成的LTO进行分析以优化合成条件，结合锂离子筛H2TiO3（HTO）的晶型结构和吸附容量表征，优化后的固相煅烧条件为：锂钛比2:1，焙烧温度700℃，焙烧时间8h。在此条件下制备的HTO，在200mg·L-1的氯化锂溶液中对锂的吸附量和吸附速率常数分别为22.41mg·g-1和0.0020g·mg-1·min-1。在多种阳离子共存的溶液中，HTO对Li+的选择性较高，经过五次循环，仍保持着较高的吸附容量，Ti4+的溶损也在比较低的水平（1.02%），说明具有较高的化学稳定性。 （2）以硅烷偶联剂（γ-氨丙基三乙氧基硅烷，KH550）作为改性剂，制备不同KH550添加量的钛系LISs（HTO/KH55），通过吸附容量确定最佳添加量。引入KH550后，扫描电子显微镜（SEM）测试表明颗粒团聚现象得到改善，而且比表面积增大。吸附实验表明HTO/KH550对锂的吸附容量和吸附速率常数分别为25.61mg·g-1和0.0037g·mg-1·min-1。此外，HTO/KH550具有良好的循环稳定性，经过5次吸附-解吸循环后，吸附容量仅损失3.30%，对表面改性LISs用于工业生产具有指导意义。 （3）粉末状的吸附剂在实际生产中不方便使用，为了解决这一问题，采用聚砜（PSF）作为成膜材料，制备HTO/KH550/PSF膜，研究PSF浓度和HTO/KH550含量对膜结构和吸附性能的影响。最佳条件下合成的HTO/KH550/PSF膜对锂的吸附容量为931.00mg·m-2，经过5次吸附-解吸循环后，吸附容量为913.95mg·m-2，较初始仅降低1.80%，低于HTO/KH550粉末（3.30%），说明HTO/KH550/PSF膜的化学稳定性高，循环利用性能好。此外，HTO/KH550/PSF膜对溶液中各种共存阳离子的选择性为：Li+gt;Mg2+gt;Na+gt;K+，具备工业化应用的潜力。
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