[发明专利]一种钛系锂离子筛及其制备方法与应用

说明书

本发明公开了一种钛系锂离子筛及其制备方法与应用，化学组成为Hsubgt;2/subgt;Alsubgt;0.05/subgt;Tisubgt;0.95/subgt;Osubgt;3/subgt;。其制备方法为，利用LiOH、Alsubgt;2/subgt;Osubgt;3/subgt;以及锐钛矿型TiOsubgt;2/subgt;进行水热合成，将水热合成后获得的粉末进行煅烧，获得钛系锂离子筛前驱体Lisubgt;2/subgt;Alsubgt;0.05/subgt;Tisubgt;0.95/subgt;Osubgt;3/subgt;，利用钛系锂离子筛前驱体在酸溶液中进行离子交换获得钛系锂离子筛。本发明提供的钛系锂离子筛合成工艺简单，生产成本低廉。仅通过离子交换即可实现锂离子的吸附和脱附，且该钛系锂离子筛的吸附效果更高。

技术领域

本发明涉及一种钛系锂离子筛及其制备方法与应用，特别是一种添加Al改性的钛系锂离子筛及其制备方法，属于新能源材料领域。

背景技术

公开该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不必然被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已经成为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

锂作为一种重要的战略性物资，被广泛应用于核工程、电池、电子信息工程等领域。随着以锂电池支撑的电子产业的迅速发展，工业对锂的需求量越来越大。目前锂的生产方式主要有两种：一种是直接从矿石中提取锂，另外一种是从盐湖卤水中提出锂。目前从盐湖中提取锂已经成为生产锂的主要途径，从盐湖卤水中提取锂的关键技术是合成高效且易于吸附和脱附的吸附剂。吸附剂对锂离子具有特定吸附结构，将盐湖卤水中的锂离子吸附后，再使用其他溶剂将锂离子从吸附剂上脱附从而达到提取锂的目的。该方法工序较少，环保且提取效率高，成为了近些年的研究重点。目前研究较多的吸附剂为锰系锂离子筛和钛系离子筛。经过理论计算，锰系离子筛存在最大吸附量限制的同时在实验过程中发现吸附和脱附过程中锰溶解损失严重等问题；而钛系离子筛相比于锰系离子筛具有吸附量高、结构稳定且钛溶损率低等特点，具有广阔的市场前景。

锂离子筛的主要技术指标是吸附容量、吸附和脱附的速度、吸附和脱附过程中的溶解损失。中国专利CN108187606通过掺杂Zn²⁺、Al³⁺和Ag⁺提高了钛系锂离子筛的吸附和脱附速度，并应用电化学方法强化吸附和脱附过程，提高了锂离子筛的吸附容量；为了克服吸附和脱附过程中的溶解损失，中国专利CN103991908公开了一种通过掺杂阳离子来提高锂离子筛的稳定性的技术；中国专利CN108126651公开了一种使用Al₂O₃水溶胶作为锂离子筛的粘合剂以维持锂离子筛的吸附容量以及吸附和脱附的速率。发明人研究发现，上述钛系锂离子筛的合成工艺复杂，且需要通过特定工艺提高吸附容量以及吸附和脱附速率。

发明内容

为了解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种钛系锂离子筛及其制备方法与应用，本发明提供的钛系锂离子筛合成工艺简单，生产成本低廉。仅通过离子交换即可实现锂离子的吸附和脱附。

为了实现上述目的，本发明的技术方案为：

一方面，一种钛系锂离子筛，化学组成为H₂Al_0.05Ti_0.95O₃。

本发明提供的钛系锂离子筛对锂离子具有选择吸附性，相较于其他阳离子，锂离子具有较小的半径，可以穿过钛系锂离子筛的晶格被内部钛系锂离子筛吸附。其他阳离子只能吸附在离子筛的表面位置。

另一方面，一种钛系锂离子筛前驱体，化学组成为Li₂Al_0.05Ti_0.95O₃。

采用该前驱体仅采用离子交换法即可制备上述钛系锂离子筛。