[发明专利]一种钛型锂离子筛及其制备方法

说明书

本发明公开一种钛型锂离子筛及其制备方法，属于盐湖提锂的吸附剂技术领域，通过将锂源、钛源及含有M元素的物质进行均匀混合，在空气气氛中升温焙烧，再浸泡在无机酸溶液中进行脱锂，经过滤、干燥得到钛型锂离子筛。本发明可以通过对钛型锂离子筛中的过渡金属元素进行替换并合理设计，利用元素间的协同作用以及元素替换对锂离子筛晶胞参数进行改善，在提升钛型锂离子筛吸附容量的同时，提升吸附速率并且改善循环性能。

技术领域

本发明属于盐湖提锂的吸附剂技术领域，涉及一种钛型锂离子筛及其制备方法。

背景技术

锂是重要的化工资源，锂及其化合物广泛应用于冶金、医药、玻璃陶瓷、电池、航空、航天等各个领域，被誉为“21世纪能源金属”。随着电动汽车的快速发展，锂资源的需求量逐年增大，盐湖卤水提锂已是锂资源开发的必然趋势。目前的盐湖提锂技术主要分为沉淀法、萃取法、煅烧法、膜分离法以及离子交换吸附法。其中，离子交换吸附法是一种通过锂离子筛吸附从盐湖中提锂的方法，常见的锂离子筛有铝盐吸附剂、锰型锂离子筛和钛型锂离子筛。铝盐吸附剂的吸附量较低，锰型锂离子筛存在着高溶损问题，而钛型锂离子筛兼具高理论吸附量(142.9mg/g)和低溶损的优势，是一种比较有发展潜力的锂离子筛吸附剂。

尽管钛型锂离子筛具有较高的理论吸附容量，但是其实际的吸附容量较低，并且吸附速率较慢。公开号为CN101342479A的专利申请以聚甲基丙烯酸甲酯胶体晶体作为模板，将锂盐和钛盐的前驱体溶液填充模板，经过抽滤、干燥、两端恒温焙烧、酸浸和再干燥后得到三维有序大孔钛氧锂离子筛，从而提高钛型锂离子筛的吸附容量。公开号为CN107243318A的专利申请通过引入锂的有机酸盐，得到了粒度均匀分布的钛型锂离子筛，改善了钛型锂离子筛的吸附容量。公开号为CN108212074A的专利申请通过引入超顺磁性物质，使得钛型锂离子筛具有磁性，可以将锂离子筛从含锂溶液中快速分离出来。

以上专利申请虽然在一定程度上提高了钛型锂离子筛的吸附容量和应用性能，但是仍存在制备方法复杂，原料昂贵，难以大规模生产的问题；其提出的钛型锂离子筛吸附速率较慢，需要较长的吸附时间才能达到高吸附容量，仍不能满足盐湖提锂的工业要求。

发明内容

本发明针对钛型锂离子筛存在的动力学性能差、吸附速率较慢的问题，提出一种钛型锂离子筛及其制备方法，可以通过对钛型锂离子筛中的过渡金属元素进行替换并合理设计，利用元素间的协同作用以及元素替换对锂离子筛晶胞参数进行改善，在提升钛型锂离子筛吸附容量的同时，提升吸附速率并且改善循环性能。

为了克服上述问题，本发明采用如下技术方案：

一种钛型锂离子筛，分子通式为H₂M_xTi_1-xO₃，其中M选自Zr、Mg、Al、Ga、Y、Mo中的一种或多种，0.01＜x＜0.1；该钛型锂离子筛是由M元素掺入到Li₂TiO₃的晶体结构中，取代部分Ti的位置，再经过酸洗脱锂转型得到。

优选地，所述钛型锂离子筛的粒径分布为100-500nm之间，进一步优选为300nm。

优选地，所述钛型锂离子筛的比表面积为20-50m²/g，进一步优选为40m²/g。

优选地，所述钛型锂离子筛在2h吸附容量≥30mg/g。

本发明还提供了一种上述钛型锂离子筛的制备方法，包括以下步骤：

首先将锂源、钛源及含有M元素的物质进行均匀混合，得到混合物；

然后将混合物在空气气氛中程序升温至600-900℃焙烧3-10h，得到钛型锂离子筛前驱体；

最后将钛型锂离子筛前驱体浸泡在无机酸溶液中进行脱锂，经过滤、干燥得到钛型锂离子筛。