鈦系鋰吸附劑微球滴定法微球制備工藝

一、制備工藝核心步驟

1. 前驅體制備  

   鈦源選擇：四氯化鈦（TiCl?）、硫酸鈦（Ti(SO?)?）、鈦酸四丁酯（C??H??O?Ti）等。  

   鋰源選擇：（Li?CO?）、氫氧化鋰（LiOH）或硝酸鋰（LiNO?）。  

   溶液配制：將鈦源與鋰源按一定摩爾比（如Li:Ti = 4:5）溶解于水或乙醇中，形成均一前驅體溶液。

2. 滴定法調控沉淀  

   pH控制：通過逐滴加入氨水（NH?·H?O）或NaOH溶液調節pH至堿性范圍（通常8－10），促使鈦鋰復合物均勻沉淀。  

   溫度與攪拌：保持反應溫度40－60℃，高速攪拌（500－1000 rpm）避免局部過飽和導致顆粒團聚。  

   表面活性劑：添加PEG、CTAB等模板劑，控制微球粒徑（目標范圍：50－200 μm）。

3. 滴定成型 

  采用微球成型儀（MS-１）將液體滴定到純水中，均勻成型。滴定過程需要控制滴定速度及流體流量壓力，以形成均勻小球。

4. 煅燒處理  

   惰性氣氛（N?或Ar）下煅燒（400－800℃, 25小時），去除有機物并增強結晶度，形成穩定多孔結構。

5. 微球成型  

   載體復合：若需增強機械強度，可將鈦酸鋰負載于多孔聚合物（如聚苯乙烯微球）或無機載體（SiO?、Al?O?）表面。  

   噴霧干燥：將漿料通過噴霧干燥機快速成型，獲得球形顆粒（粒徑可控于50－300 μm）。

二、關鍵工藝參數與優化

1. pH調控  

   精準控制pH值（誤差< 2‰）確保鈦、鋰共沉淀均勻，避免生成非目標相（如TiO?雜質）。

2. 晶化條件  

   水熱溫度與時間影響晶粒尺寸和孔道結構，高溫長時利于形成有序介孔（BET比表面積可達100－300 m2/g）。

3. 煅燒制度  

   煅燒溫度過高可能導致微球燒結致密化，降低吸附容量；推薦分段升溫（如200℃預燒1小時，再升至600℃）。

4. 摻雜改性  

   引入Al3?、Fe3?等離子替代部分Ti??，提升離子交換容量（如Li?吸附量可達46 mg/g）。

三、性能表征與評估

1. 結構分析  

   XRD：確認Li?TiO?或H?TiO?晶相。  

   SEM/TEM：觀察微球形貌及孔徑分布。  

   BET：測定比表面積及孔結構（目標孔徑250 nm）。

2. 吸附性能測試  

   靜態吸附：在模擬鹽湖鹵水（Li?濃度~200 ppm，Na?/K?/Mg2?共存）中測試吸附容量與選擇性（Li?/Mg2?分離系數>100為佳）。  

   動態循環：柱吸附解吸實驗評估循環穩定性（目標循環次數>50次，容量保持率>90%）。

四、常見問題與解決方案

1. 微球破碎  

   優化載體強度或添加粘結劑（如硅溶膠）。  

2. 吸附容量低  

   提高材料比表面積或引入離子印跡技術增強選擇性。  

3. 合成成本高  

   采用廉價鈦源（如工業級TiOSO?）或回收工藝。

五、應用場景擴展

鹽湖鹵水提鋰：適用于高鎂鋰比（Mg2?/Li? >50）鹵水。  

海水提鋰：需進一步優化微球親水性與抗生物污染性。  

廢舊鋰電池回收：吸附劑可循環再生，降低環境負擔。