一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备制造技术

本发明专利技术提供了一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备

【技术实现步骤摘要】
一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备Li
‑
LSX分子筛吸附剂材料的方法
[0001]

[0002]本专利技术属于分子筛离子交换合成领域，具体为一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料
。
[0003]
技术介绍

[0004]分子筛吸附剂材料是一类具有规则孔道结构的无机晶态材料，具有材料结构设计可控
、
离子交换优良的特点，在气体吸附分离领域具有广泛的应用场景
。
[0005]常规
LSX
分子筛吸附剂对氮气具有优异的吸附性能，对氧气
、
二氧化碳等气体则无选择性吸附，工业上广泛应用在空分变压制氧领域，改吸附剂材料的组成为
Na
73
K
22
Al
95
Si
97
O
384
:wH2O。
研究表明，
LSX
分子筛对氮气的吸附性能一是在于自身的网络拓扑结构，二是在于分子结构中的阳离子组分及占比
。
相比于传统
LSX
分子筛中的
K
+
离子和
Na
+
离子，
Li
+
离子具有离子半径小，电荷密度高的特点，对氮气具有更好的范德华作用力
。
通过
Li
+
离子交换制备的
Li
‑
LSX<br/>型分子筛比传统
LSX
分子筛氮气吸附能力提高了
50%
以上，并且其氮氧分离性能随着
Li
+
离子在吸附剂材料中阳离子比例的提高而提高，其更适用于空分变压制氧
。
近年来，由于新能源的发展，锂盐价格持续高涨，提高
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂中
Li
+
离子交换律和锂盐原料的利用率成为改材料工业化合成研究的核心
。
[0006]传统的锂离子分子筛交换技术，如中国专利
CN100556808C
中，是将锂盐溶液同分子筛吸附剂混合加热交换，交换后交换液中仍有较高浓度的
Li
+
离子，造成部分原料的浪费，生产成本高
。
专利
CN101125664A
则是将
LSX
分子筛先焙烧再同
Li
+
离子盐溶液交换，之后再进行二次的固相锂盐交换，交换复杂且离子交换均一性较差
。
专利
CN114887586A
中，则是在水
‑
固离子交换过程中，引入了超声波，虽然提高了交换后分子筛中锂离子的占有率，但交换后的锂盐溶液中仍有较高浓度的
Li
+
离子
,
造成原料的浪费，生产成本高
。

技术实现思路

[0007]针对上述存在的问题，本专利技术提供一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料的方法，本专利技术所采用技术方案如下：一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料的方法，包括以下步骤：1）备料：选用锂的可溶性盐为原料配制出含有多个浓度的锂盐溶液组合，并加入
pH
调节剂，调节
pH
为7‑9，将
LSX
分子筛装入离子交换固定床中，并用去离子水冲洗固定床，然后将若干组离子交换固定床串联连接；锂盐溶液组合中包含至少三个浓度梯度，
Li
+
离子浓度范围为
0.1
‑
2.0mol/L
，每个浓度梯度为上一浓度梯度的
1.3~2.6
倍；
2
）离子交换：将步骤1）配制的锂盐溶液组合中最低浓度的锂盐溶液逆流通入装有
LSX
分子筛的第一级离子交换固定床，控制固定床温度为
60
‑
120℃
，交换时间为3‑
12
小时；在第一级离子交换完成后，锂盐溶液逆流进入下一级固定床交换柱中，并以相同条件进行离子交换；逐级进行离子交换，完成离子交换后，回收锂盐溶液；3）梯度离子交换：按照浓度梯度由低到高，将锂盐溶液组合中锂盐溶液按照步骤2）进行离子交换；4）后处理：用去离子水冲洗离子交换固定床至中性，取出
LSX
分子筛，并依次经过分离
、
干燥
、
焙烧处理后，得到锂离子交换的
LSX
分子筛吸附剂材料
。
[0008]优选地，步骤1）中
LSX
型分子筛尺寸大小为
0.6
‑
3mm。
[0009]优选地，步骤1）中采用的锂盐为硝酸锂
、
氯化锂
、
硫酸锂
、
氢氧化锂中的一种或多种
。
[0010]优选地，步骤1）中，
pH
调节剂为氨水或碳酸锂
。
[0011]优选地，步骤2）离子交换过程中通过加热方式控制固定床温度，加热方式为电加热
、
空气加热
、
微波加热
、
燃气加热中的一种
。
[0012]优选地，步骤2）中离子交换回收的锂盐溶液用于步骤1）配制锂盐溶液
。
[0013]优选地，步骤4）交换后处理过程中，分子筛吸附剂的分离方式为离心分离，离心机转速为
600
‑
1800r/min,
分离时间
20
分钟；干燥温度为
80
‑
130℃
，干燥时间为6‑
12
小时；焙烧温度为
300
‑
600℃
，焙烧时间为3‑
10
小时
。
[0014]本专利技术提供了上述技术方案的所述制备方法，得到了
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料
。
所得材料中，
Li
+
离子交换度大于
92%
，最优实施例中
Li
+
离子交换度大于
99%
，交换后用去离子水冲洗离子交换固定床所得锂盐溶液中
Li
+
离子浓度小于
50ppm。
[0015]本专利技术还提供了上述技术方案所述
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料，用于氮气吸附
、
变压空分制氧的吸附应用
。
[0016]本专利技术的有益效果：
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
1)
备料：选用锂的可溶性盐为原料配制出含有多个浓度的锂盐溶液组合，并加入
pH
调节剂，调节
pH
为7‑9，将
LSX
分子筛装入离子交换固定床中，并用去离子水冲洗固定床，然后将若干组离子交换固定床串联连接；锂盐溶液组合中包含至少三个浓度梯度，
Li
+
离子浓度范围为
0.1
‑
2.0mol/L
，每个浓度梯度为上一浓度梯度的
1.3
～
2.6
倍；
2)
离子交换：将步骤
1)
配制的锂盐溶液组合中最低浓度的锂盐溶液逆流通入装有
LSX
分子筛的第一级离子交换固定床，控制固定床温度为
60
‑
120℃
，交换时间为3‑
12
小时；在第一级离子交换完成后，锂盐溶液逆流进入下一级固定床交换柱中，并以相同条件进行离子交换；逐级进行离子交换，完成离子交换后，回收锂盐溶液；
3)
梯度离子交换：按照浓度梯度由低到高，将锂盐溶液组合中锂盐溶液按照步骤
2)
进行离子交换；
4)
后处理：用去离子水冲洗离子交换固定床至中性，取出
LSX
分子筛，并依次经过分离
、
干燥
、
焙烧处理后，得到锂离子交换的
LSX
分子筛吸附剂材料
。2.
根据权利要求1所述的采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料的方法，其特征在于，步骤
1)
中
LSX
型分子筛尺寸大小为
0.6
‑
3mm。3.
根据权利要求1所述的采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
‑
LSX
分子筛吸附剂材料的方法，其特征在于，步骤
1)
中采用的锂盐为硝酸锂
、
氯化锂
、
硫酸锂
、
氢氧化锂中的一种或多种
。4.
根据权利要求1所述的采用多级逆流锂离子交换工艺制备
Li
...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭宇，施展，李春光，华佳，李光华，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：