【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及盐湖提锂，尤其涉及一种核壳结构钛系锂离子吸附剂及其制备方法和应用。
技术介绍
1、全球市场“绿色低碳”发展趋势驱动锂元素在新能源汽车、储能、电动自行车、电动工具等多种应用场景的需求快速提升。锂未来的需求增量主要集中在新能源汽车和储能领域。
2、我国盐湖锂资源具备储量高、品位低的特点，“吸附+膜”法耦合工艺通过吸附剂前端富集锂让提锂段前置成为可能，同时膜段分离镁锂等过程又无需额外添加试剂，使原卤提锂、环保性等得以兼顾。目前铝系吸附剂已经是较为成熟、产业化应用广泛的吸附剂，但其吸附容量偏小且难以在碱性环境中使用。锰系和钛系吸附剂吸附容量大且可以应用于碱性盐湖，但需要用酸洗脱，且溶损率偏高的问题没有得到解决，影响终端用户采用钛系和锰系路线大规模产业化应用的意愿。
3、因此，研究得到一种提高吸附容量和速率、降低钛溶损率、延长使用寿命的核壳结构钛系锂离子吸附剂，对于盐湖提锂具有重要意义。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是针对现有技术的不足提供一种核壳结构钛系锂离子吸附剂及其制备方法和应用。
2、为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：
3、本专利技术提供了一种核壳结构钛系锂离子吸附剂的制备方法，包括如下步骤：
4、1)将钛源、锂源、高分子表面改性剂和水混合，混合物顺次进行剪切分散、研磨、离心喷雾干燥、固相烧成，得到球形偏钛酸锂粉末；
5、2)将球形偏钛酸锂粉末、高分子表面改性剂溶液和锂源混
6、3)将吸附剂前驱体粉末在质子酸中进行质子交换后干燥，得到核壳结构钛系锂离子吸附剂。
7、作为优选，步骤1)所述钛源为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛和板钛矿型二氧化钛中的一种或几种；锂源为碳酸锂和/或氢氧化锂；高分子表面改性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
8、作为优选，步骤1)中，高分子表面改性剂的质量为钛源和锂源总质量的2～5％；锂源中锂和钛源中钛的摩尔比为2.03～2.05：1.0。
9、作为优选，步骤1)所述剪切分散的频率为20～30hz，剪切分散的时间为8～12min；
10、所述研磨的介质为氧化锆球，氧化锆球的直径为0.1～0.6mm，球料比为1～3：1；研磨的转速为1000～1500rpm，研磨的时间为3～5h，研磨后混合物的粒径d50为0.25～0.45μm。
11、作为优选，步骤1)所述离心喷雾干燥的进料口温度为200～240℃，出料口温度为80～120℃；离心喷雾干燥得到的粉体的粒径d50为20～35μm；
12、所述固相烧成的温度为650～800℃，固相烧成的时间为8～16h。
13、作为优选，步骤2)所述锂源为一水合氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂或硫酸锂；所述钛源为钛酸四丁酯、硫酸氧钛水溶液或四氯化钛；锂源中锂和钛源中钛的摩尔比为4：4.8～5.0；球形偏钛酸锂粉末、高分子表面改性剂溶液和锂源的质量体积比为1000g：1800～2200ml：10～20g，高分子表面改性剂溶液的质量分数为1.2～1.8％。
14、作为优选，步骤2)中，钛源的滴加速率为5～15ml/min，陈化的时间为4～12h；离心喷雾干燥的进料口温度为200～280℃，出料口温度为90～130℃，离心喷雾干燥得到的粉体的粒径d50为15～30μm；
15、所述固相烧成的温度为550～750℃，固相烧成的时间为10～16h。
16、作为优选，步骤3)所述质子酸为盐酸、硫酸或硝酸；质子酸的浓度为0.05～0.5mol/l；质子交换的温度为35～55℃，质子交换的时间为4～12h；
17、所述干燥的温度为70～90℃，干燥的时间为8～12h。
18、本专利技术还提供了所述的制备方法制备得到的核壳结构钛系锂离子吸附剂。
19、本专利技术还提供了所述的核壳结构钛系锂离子吸附剂在吸附锂中的应用。
20、本专利技术的有益效果包括以下几点：
21、1)本专利技术的核壳结构钛系锂离子吸附剂，以层状结构球形偏钛酸锂为吸附内核，在其表面包覆尖晶石结构钛酸锂外壳，既具备层状偏钛酸锂的高吸附容量和易脱嵌特性，同时利用尖晶石结构钛酸锂的低溶损率、耐酸碱特性，降低吸附剂的钛溶损率，提升吸附剂的循环寿命。此外，本专利技术的吸附剂的球形结构设计可提高孔隙率，提升离子解吸附速率。
22、2)本专利技术的核壳结构钛系锂离子吸附剂，外壳尖晶石结构钛酸锂的表面包覆改性可降低吸附剂的钛溶损，提升其循环稳定性，降低运行维护成本，内核偏钛酸锂的层状结构和高理论容量可保证锂离子的快速解吸附速率和高容量特性。本专利技术的核壳结构钛系锂离子吸附剂具有吸附容量高，解吸附速率快，循环寿命长，钛溶损率低和运行维护成本低的优势，在盐湖提锂领域具有广泛的应用前景。
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1.一种核壳结构钛系锂离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述钛源为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛和板钛矿型二氧化钛中的一种或几种；锂源为碳酸锂和/或氢氧化锂；高分子表面改性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，高分子表面改性剂的质量为钛源和锂源总质量的2～5％；锂源中锂和钛源中钛的摩尔比为2.03～2.05：1.0。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述剪切分散的频率为20～30Hz，剪切分散的时间为8～12min；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述离心喷雾干燥的进料口温度为200～240℃，出料口温度为80～120℃；离心喷雾干燥得到的粉体的粒径D50为20～35μm；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述锂源为一水合氢氧化锂、氯化锂、硝酸锂或硫酸锂；所述钛源为钛酸四丁酯、硫酸氧钛水溶液或四氯化钛；锂源中锂和钛源中
7.根据权利要求4～6任一项所述的制备方法，其特征在于，步骤2)中，钛源的滴加速率为5～15mL/min，陈化的时间为4～12h；离心喷雾干燥的进料口温度为200～280℃，出料口温度为90～130℃，离心喷雾干燥得到的粉体的粒径D50为15～30μm；
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，步骤3)所述质子酸为盐酸、硫酸或硝酸；质子酸的浓度为0.05～0.5mol/L；质子交换的温度为35～55℃，质子交换的时间为4～12h；
9.权利要求1～8任一项所述的制备方法制备得到的核壳结构钛系锂离子吸附剂。
10.权利要求9所述的核壳结构钛系锂离子吸附剂在吸附锂中的应用。
...【技术特征摘要】
1.一种核壳结构钛系锂离子吸附剂的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述钛源为锐钛型二氧化钛、金红石型二氧化钛和板钛矿型二氧化钛中的一种或几种；锂源为碳酸锂和/或氢氧化锂；高分子表面改性剂为聚乙二醇、聚乙烯吡咯烷酮或聚乙烯醇。
3.根据权利要求1或2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)中，高分子表面改性剂的质量为钛源和锂源总质量的2～5％；锂源中锂和钛源中钛的摩尔比为2.03～2.05：1.0。
4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述剪切分散的频率为20～30hz，剪切分散的时间为8～12min；
5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤1)所述离心喷雾干燥的进料口温度为200～240℃，出料口温度为80～120℃；离心喷雾干燥得到的粉体的粒径d50为20～35μm；
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤2)所述锂源为一水合氢氧化锂、氯...
【专利技术属性】
技术研发人员：秦军，刘亮，岳磊，
申请(专利权)人：全一宁波科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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