试析新型含钛复合物的合成及其提锂性能研究

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1、青岛科技大学硕士学位论文新型含钛复合物的合成及其提锂性能研究姓名：郑春辉申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：董殿权20070601新型含钛复合物的合成及其提锂性能研究摘要以尖晶石型钛系复合氧化物为合成目标，合成出M92Ti04和Li4Ti5012两种新型无机提锂交换剂前驱体。用稀盐酸将其转型后，得到Li—Ti—O(H)和Mg—Ti—O(H)交换剂，分别测定它们的离子交换性能以及对“+的离子交换热力学和动力学。采用沉淀一热结晶法、共研磨．热结晶法、溶胶一凝胶法等3种不同方法制备出尖晶石结构的Li4Ti50m以饱和交换容

2、量为评价指标，通过正交试验对3种方法制备的交换剂进行筛选，确定制备Li．Ti．O(H)交换剂的条件为：溶胶一凝胶法；合成温度700--800。C；nLi：“1i=l-04；焙烧时间6h。经x．射线衍射分析，合成产物为纯相尖晶石型Li4Ti50120测定了Li．Ti．0(H)交换剂对Li_的饱和交换容量为29．78mg／g交换剂。动力学实验结果表明，“．Ti。O(H)交换剂对Li+的离了交换反应在2h内，交换率可达到90％以上。交换率在90％以下时，用缩核模型处理动力学数据，得到离子交换动力学方程，线件相关系数大于()．99

3、5。采用溶胶一凝胶法合成出尖晶石结构的M92Ti04，合成条件为：焙烧温度700。C：llMg：nT。=2．6：1；焙烧时间为4h。以Li+和Ti+的抽出率为评价指标，通过酸浸实验得到制各Mg—Ti-O(H)交换剂所用盐酸的浓度为O．5molFL。钡5定了Mg-Ti—O(H)交换剂对Li+的饱和交换容量为45．85mg／g交换剂，是T』_Ti一0(H)交换剂的两倍。采用TG—DSC分析研究了M92Ti04凝胶粉体的热分解和相转变过程，温度在600．700。C时，发生高温固相反应。与x．射线衍射分析结果对照，确定此时合成产物

4、为尖晶石型M92Ti04。测定了Mg—Ti—O(tt)交换剂对碱金属离子的分配系数，结果表明，Mg-Ti—O(H)交换剂对“+有很好的离予交换选择性。运用Pitzer电解质溶液理论计算了Mg．Ti．O(H)对锂离子交换体系的活度系数，得到该离子交换体系的Kielland图，计算出Mg—Ti．O(H)交换剂的H+．Li+交换体系的平衡常数K。L。i为142379，25℃时，AGo为一6583．5J／mol，表明交换剂Mg—Ti—O(H)交换溶液中Li+的反应可自发进行。测定了25。C下Mg-Ti一0(H)交换NX,JLi+的

5、交换反应动力学，反应在2h内，交换率达到90％以上。用Fick第一定律处理整个交换过程动力学数据，得到锂离子交换的动力学方程和液膜扩散系数，线性相关系数大于097。关键词：锂Li4Ti50】2M92Ti04无机离子交换剂热力学动力学SYNTHESISOFNEWCOMPOSITEBASED0NTI‘rANIUMANDSTUDY0NLITHIUMADSORPTl0NPROPERTYABSTRACTTwonewspinelcompositesbasedontitaniumwassynthesised．theywereinorga

6、nicionexchangers，Li4TisOj2andM92Ti04．AfterdisposedwithdiluteHCIsolution，Li—Ti—O(H)andMg-Ti-O(H)ion—exchangerwerepreparedtodeterminecharacteristicesofionexchange，kinetics，thermodynamics，andresultslisthere．SpinelLi4TisOi2waspreparedbyprecipitation／crystallization，gr

7、inding，sol—gelmethod．DeterminedbysaturationexchangecapacityofLi—Ti—O(H)，orthogonalexperimentgivesoutthebestpreparationmethodasfollows：sol—gelmethod，synthesisattemperature700—800℃，nLi：nTi=1．04，roastedfor6hTheproductwaspureLi4Tis012characterizedbyXRDmensuration，Satu

8、rationexchangecapacityofLi—Ti—O(H)was29，78mgLi+／gexchanger．IonexchangedynamicsofLi—Ti-0(H)wasstudiedat25℃．reactionwasfinishedin2hourswithexchangeratioup