一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术涉及盐湖提锂技术领域，具体涉及一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料及其制备方法和应用。制备方法包括以碳布作为工作电极、石墨板作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极组成三电极化学体系，该体系浸入醋酸锰和硫酸钠混合溶液中，通电制备阵列式纳米片氢氧化锰；所述阵列式纳米片氢氧化锰在室温下氧化为四氧化三锰，然后进行水热反应锂化，得到阵列式纳米片锰酸锂材料的步骤。本发明专利技术制备得到的阵列式纳米片锰酸锂材料结晶度高，致密均一，在盐湖提锂中具有更多的活性位点，较高的吸锂容量和较低的锰溶出率，相较于现有的商业锰酸锂材料的提锂性能更好。料的提锂性能更好。料的提锂性能更好。

【技术实现步骤摘要】
一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及盐湖提锂
，具体涉及一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料及其制备方法和应用。

技术介绍

[0002]锂作为一种重要的战略性资源物质，是现代高科技产品不可或缺的重要原料。随着我国锂电池工业的迅速发展，市场对锂的需求增长。目前国内锂盐大都从矿石中提取，但随着高品质锂矿的不断减少和矿石提锂的成本不断提高，提锂成本低的盐湖提锂逐渐引起人们的关注。
[0003]盐湖中富含大量的锂元素，现有的盐湖提锂技术需要通过加大电压进行提锂，导致提锂成本提高；或通过化学试剂使锂离子脱出，但化学试剂的使用会对环境造成污染，并且化学药剂使用后的残渣容易造成二次污染。目前还有通过CDI/FCDI装置进行提锂的技术，但CDI/FCDI装置的提锂容量较小，并且在选择性提锂时，会有较大的锰溶出，这主要是由于CDI/FCDI装置使用锰酸锂材料存在活性位点低和较高的锰溶出问题。找到一种性能更加优异的锰酸锂材料，是亟待解决的技术问题。

技术实现思路

[0004]为了解决上述技术问题，本专利技术首先提供一种用于盐湖提锂的阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，该方法制备的锰酸锂材料活性位点高、锰溶出率低、比容量大且循环效果稳定。
[0005]本专利技术采用了以下技术方案：
[0006]一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：
[0007]S1.以碳布作为工作电极、石墨板作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极组成三电极化学体系，该体系浸入醋酸锰和硫酸钠的混合溶液中，通电制备阵列式纳米片氢氧化锰；
[0008]S2.所述阵列式纳米片氢氧化锰在室温下氧化为四氧化三锰，然后进行水热反应锂化，得到阵列式纳米片锰酸锂材料。
[0009]优选的，所述碳布使用前经等离子预处理，具体为，等离子清洗机以氮气为气体，向碳布两面各处理500～700s。
[0010]优选的，所述醋酸锰和硫酸钠浓度均为15mM，混合溶液中，醋酸锰和硫酸钠的用量为摩尔比1:1。
[0011]优选的，所述通电的具体操作为：室温下，在电化学工作站
‑
1.4V恒压模式下工作2500s。
[0012]优选的，所述氧化的具体操作为：在温度20～25℃，湿度35～50％RH的室温环境下放置12～20h。
[0013]优选的，所述水热反应锂化使用20mM氢氧化锂作为锂化溶液，水热反应的温度为180～220℃，反应时间为12～22h。
[0014]本专利技术还提供一种由上述用于盐湖提锂的阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法制备得到的阵列式纳米片锰酸锂材料。
[0015]本专利技术提供一种由上述用于盐湖提锂的阵列式纳米片锰酸锂材料制成的阵列式纳米片和/或导电电极；还提供一种包含由上述用于盐湖提锂的阵列式纳米片锰酸锂材料制成的导电电极的电吸附除盐的盐湖提锂装置。
[0016]本专利技术的有益效果在于：
[0017]本专利技术制备得到的阵列式纳米片锰酸锂材料结晶度高，致密均一，在吸附脱附过程中，能够防止晶格膨胀，从而减少锰溶出；本专利技术锰酸锂材料比容量大，在盐湖提锂中具有更多的活性位点，提锂容量增大，约为32mg/g。现有的商业锰酸锂每循环使用十圈会溶出1％，本专利技术阵列式纳米片锰酸锂材料在相同循环次数下锰溶出仅有0.3％，从而提高本专利技术材料的循环稳定性，并且本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料相较于现有的商业锰酸锂材料的提锂性能更好，约达到5倍以上的效果。
[0018]本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料采用电吸附除盐技术，利用制备好的阵列式纳米片锰酸锂材料制成导电电极让提锂装置带电，当卤水进入提锂装置内时，正向电压将卤水中的离子迁移进阵列式纳米片锰酸锂材料内，但阵列式纳米片锰酸锂材料吸附饱和后，反接电压让阵列式纳米片锰酸锂材料内储存的离子迁移入浓缩液中，实现提锂循环。
附图说明
[0019]图1为为本专利技术阵列式纳米片锰酸锂材料表面的SEM图，放大2万倍；
[0020]图2为本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料的XRD图；
[0021]图3为本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料的运行装置结构示意图；
[0022]图4为本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料的吸锂性能，图中1
‑
外保护板，2
‑
硅胶垫，3
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导电钛板，4
‑
卤水流道板，5
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阴离子交换膜；
[0023]图5为本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料对不同离子的选择性；
[0024]图6为实施例2中本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料进行十次吸附
‑
解析循环的数据；
[0025]图7为实施例2中商业锰酸锂材料的进行十次吸附
‑
解析循环的数据；
[0026]图8为本专利技术制备的阵列式纳米片锰酸锂材料在实验周期内电流的连续变化；
[0027]图9为商业锰酸锂材料在实验周期内电流的连续变化；
[0028]图10为十次吸附
‑
解析循环后，本专利技术阵列式纳米片锰酸锂材料和商业锰酸锂材料的锰浸出率对比。
具体实施方式
[0029]下面结合实施例和附图对本专利技术技术方案做出更为具体的说明。
[0030]实施例1
[0031]一种阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，包括以下步骤：
[0032]S1.将经过等离子预处理后的碳布剪成4
×
4cm作为工作电极，4
×
4cm的石墨板作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极组成三电极化学体系。其中等离子预处理使用80W等离子清洗机，以氮气为气体，向碳布两侧表面各处理500～700s。碳布表面经过处理后呈现一条
条径向分布的沟槽，不仅增加了碳布的比表面积，有利于提高Mn(OH)2的附着量，而且还有助于增加产物在碳布表面附着时的结合力，提高复合材料中两种组分的相互作用。
[0033]将上述体系浸入100ml浓度为15mM的醋酸锰和硫酸钠按1:1比例组成的混合溶液中，室温下在电化学工作站
‑
1.4V恒压模式下工作2500s，在碳布衬底上进行阴极沉积自支撑的Mn(OH)2，完成阵列式纳米片氢氧化锰的制备；
[0034]S2.将制备的阵列式纳米片氢氧化锰在室温20～25℃，湿度35～50％RH下放置12～20h，使其氧化为四氧化三锰，然后进行水热反应锂化，得到阵列式纳米片锰酸锂材料；所述水热反应锂化使用20mM的氢氧化锂作为锂化溶液，在teflon内衬不锈钢容器中进行水热反应，水热反应的温度为180～220℃，反应时间为12～22h，得到阵列式纳米片锰酸锂(LiMn2O4)材料。
[0035]本专利技术中碳布、碳板和参比电极均为本领域常规材料，本实施例中碳布型号为中国台湾碳能碳布WOS1011亲水款，每次使用碳布前需要用去离子水分别洗涤碳布两面2～3次。S本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：S1.以碳布作为工作电极、石墨板作为对电极、Ag/AgCl作为参比电极组成三电极化学体系，该体系浸入醋酸锰和硫酸钠的混合溶液中，通电制备阵列式纳米片氢氧化锰；S2.所述阵列式纳米片氢氧化锰在室温下氧化为四氧化三锰，然后进行水热反应锂化，得到阵列式纳米片锰酸锂材料。2.如权利要求1所述的一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述碳布使用前经等离子预处理，具体为，等离子清洗机以氮气为气体，向碳布两面各处理500～700s。3.如权利要求1所述的一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述醋酸锰和硫酸钠浓度均为15mM，混合溶液中，醋酸锰和硫酸钠的用量为摩尔比1:1。4.如权利要求1所述的一种提锂用阵列式纳米片锰酸锂材料的制备方法，其特征在于，所述通电的具体操作为：室温下，在电化学工作站
‑
1.4V恒压模式下工作2500s。5.如权利要求1所述的一种提...

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，
申请(专利权)人：西安金藏膜环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：