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在卤水制备碳酸锂及其它锂盐产品的过程中,微量硼的存在将严重影响产品的纯度,因此,硼的去除亟待解决。无机吸附剂相对于有机吸附剂如离子交换树脂因其牢固的结构、良好的热稳定性、相对较高的交换容量、高选择性、相对较高的化学稳定性和较低的制备成本,而得到广泛的研究和应用。
本文合成了几种对硼吸附容量高于硼特效树脂的无机吸附剂,并将其用于分离精制卤水中的微量硼,取得了较好的吸附效果。主要做了以下几个方面的研究:
1.采用沉淀法制得了不同种类的水合氧化物,在对其吸附容量比较的基础上,选择了铈基吸附剂作为研究对象;对水合氧化铈热处理方式、金属离子掺杂、以及载体负载进行了探索性研究;并对其进行了XRD、FT-IR等一系列物化表征。对其吸附容量的测定结果表明,采用不同热处理方式制备得到的CeO2·nH2O的吸附容量随着水热时间的延长、水热温度的升高及煅烧温度的升高而逐渐降低;金属离子的掺杂以及载体负载均不利于吸附容量的提高;在条件实验的基础上对水合氧化铈的吸硼条件进行了正交试验研究,得到了其吸附硼的最佳实验操作条件;HCeO对硼的吸附等温线研究表明,该吸附过程符合Langmuri吸附;用1mol·L-1NaOH再生CeBO,可取得良好的再生效果;对锂的吸附实验表明水合氧化铈对锂离子没有吸附;且其在精制卤水体系中的溶解度极小,不会引入新的杂质,说明HCeO是一种很好的无机硼吸附剂,可用于精制卤水中微量硼的去除。
2.对水合氧化铈吸附硼的机理和吸附动力学进行了研究和探讨。HCeO对硼的吸附机理研究表明,吸附容量与BET表面积没有直接相关关系,而与表面羟基含量或表面羟基密度大小基本呈正相关关系,该过程是一个以络合反应为主,同时伴随着静电吸附的过程;对该过程的有限浴动力学研究表明,拟二级吸附动力学方程可很好的描述该过程的动力学,该吸附过程受控于化学反应,其表观活化能为36.75kJ·mol-1。
3.采用共沉淀法对不同摩尔比、不同金属离子组成及不同阴离子类型的LDHs进行了制备研究;并采用XRD、FT-IR、TG、BET等手段对样品进行了一系列物化表征;对LDHs的硼吸附实验结果表明,Mg0.8Al0.20Cl--LDH具有最高的吸附容量;在对影响Mg0.80Al0.20-Cl--LDH吸附硼的因素如接触时间、pH、温度及浓度等研究的基础上,进行了正交实验研究,选择了最佳实验条件;对该过程吸附等温线的研究表明,该吸附过程符合Langmuri吸附。
4.采用共沉淀法制备了不同无机阴离子柱撑的LDHs前体,在此基础上分别采用离子交换法和一步合成法合成了葡萄糖酸根插层的类水滑石,结果显示,离子交换法比一步合成法更易于制备结构完整的葡萄糖酸根插层的类水滑石;对所合成样品进行了一系列物化表征,并对其吸附容量进行了比较,选择了有较大吸附容量的MgAl-NO3--LDH作为插层的前驱体,采用正交试验进行了合成条件的选择,得到了对硼有最大吸附容量的葡萄糖酸根插层的类水滑石吸附剂;并对其进行了吸硼条件的选择,得到了其对硼吸附的最佳实验操作条件;吸附机理表明葡萄糖酸根插层的类水滑石对硼的吸附是一个以络合反应为主,离子交换并存的过程;其吸附动力学可以用拟一级方程来进行模拟,该吸附过程受液膜扩散控制。