固相法合成钴掺杂锰系锂离子筛的吸附性能

摘要

随着5G/6G通信、新能源汽车、锂电池产业的快速发展，近年来对锂化合物（尤其是Li2CO3）的需求急剧增加，许多国家将锂视为战略矿产资源.目前从锂沉淀母液中提取锂受到了极大的关注.锰系离子筛（LMO）是一种具有广泛应用前景的吸附剂，可实现复杂溶液中锂的高效回收.但LMO在酸洗解吸过程中存在锰溶损严重的难题，会降低吸附性能和循环性能.针对上述问题，本研究提出引入Co3+掺杂降低LMO锰溶解损失的策略，制备了钴掺杂锰系离子筛（LCMO）.采用X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）等方法对不同煅烧温度和焙烧时间下制备的LCMO进行表征分析.表征结果表明，Co掺杂对LMO的尖晶石结构没有影响，并且Co最佳掺杂摩尔分数为5%，此时离子筛前驱体中Mn³⁺的原子分数从未掺杂的9.67%降低到3.63%，对应的锂吸附容量从39.299 mg·g^-1显著增加到41.708 mg·g^-1，锰溶损也从1.288%显著降低至0.837%，大大地增加了锰系离子筛的实际应用可能性.制备的摩尔分数为5%Co掺杂的离子筛（LCMO-5%）具有良好的循环性能，Li+的吸附能力在5次循环后仍然保持在81%以上.在模拟的锂沉淀母液中，Li/Na和Li/K之间的分离系数分别为74.655和64.547，这证明了LCMO-5%能有效地从高Na⁺、K⁺溶液中吸附分离Li⁺.因此，LCMO-5%离子筛具有从锂沉淀母液中提取Li⁺的应用前景.

关键词

锂离子筛 / 钴掺杂 / 锰溶损 / 吸附 / 含锂溶液

基金资助

国家自然科学基金资助项目（52374413,52174334）; 江西省双千计划资助项目（jxsq2023201087,jxsq2019201040）; 江西省杰出青年基金资助项目（20224ACB214009,20212ACB204015）