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一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法

一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法

IPC分类号 : C22B7/00,C22B26/12,C01D15/00

申请号
CN201910151616.1
可选规格
  • 专利类型: 发明专利
  • 法律状态: 有权
  • 申请日: 2019-02-28
  • 公开号: 109706321B
  • 公开日: 2019-05-03
  • 主分类号: C22B7/00
  • 专利权人: 江南大学

专利摘要

本发明公开了一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法,包括,制备碳纤维毡负载纳米氧化/硫化锌电极,通过电吸附的方法使锂离子可以选择性的吸附在电极上,然后通过脱附得到纯净的锂盐,该方法不掺杂化学反应,利用离子与电极之间的吸附性质将锂离子从盐湖卤水中提取分离,减少了能量的消耗,不会引入杂质,并且电极可以循环使用,实现了盐湖锂离子资源的高效提取与利用。

权利要求

1.一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法,其特征在于:包括,将经过预洗处理的碳纤维毡作为第一电极,将所述碳纤维毡浸入碳酸锌、乙酸锌或硫酸锌溶液中后煅烧,后浸入提供硫代乙酰胺或硫脲溶液中后再煅烧,得到负载纳米硫化物的碳纤维毡,干燥,作为第二电极;

将所述第一电极和所述第二电极置于盐湖卤水中,连接电源,通电进行吸附,所述盐湖卤水是流动态液体;

将通电后的第二电极放入清水中正负电极反接通电进行脱附;

将得到脱附后的水加热蒸发后过滤分离,所得固体即为锂盐;

所述碳纤维毡,其预洗的处理方式为进行水洗、酸洗和超声洗涤;

所述预洗,其水洗时间为 4h,酸洗时间为 30min,超声洗涤时间为 3h;所述吸附,其施加电压为 0.2~0.4V,时间为120min;所述脱附,其施加电压为 0.2~0.3V,时间为120min;所述将所述碳纤维毡浸入碳酸锌、乙酸锌或硫酸锌溶液中后煅烧,其煅烧温度为300~400℃,煅烧时间为 1h;所述后浸入提供硫代乙酰胺或硫脲溶液中后再煅烧,其煅烧温度为 300~400℃,煅烧时间为 1h;所述蒸发,其加热温度为 80~140℃。

2.如权利要求 1 所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法,其特征在于:所述盐湖卤水,其流速为 2L/min。

3.如权利要求 1所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法,其特征在于:所述将所述碳纤维毡浸入碳酸锌、乙酸锌或硫酸锌溶液中后煅烧,其煅烧温度为400℃,煅烧时间为1h;所述后浸入提供硫代乙酰胺或硫脲溶液中后再煅烧,其煅烧温度为300℃,煅烧时间为1h;所述蒸发,其加热温度为 100℃。

4.利用权利要求 1~3中任一所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法制备的电极,其特征在于:所述负载纳米硫化物的碳纤维毡的比表面积为 16m2 /g,比电容为 170F/g,平均孔径为 4nm。

说明书

技术领域

本发明属于稀有金属回收技术领域,具体涉及一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法。

背景技术

锂与生活日用息息相关,个人携带的笔记本电脑、手机、蓝牙耳机等数码产品中应用的锂离子电池中就含有丰富的锂元素。锂离子电池是高能储存介质,由于锂离子电池的高速发展,衍生带动了锂矿、碳酸锂等公司业务的蓬勃发展。金属锂电池在军用领域也有应用。

锂在发现后一段相当长的时间里,一直受到冷落,仅仅在玻璃、陶瓷和润滑剂等部门,使用了为数不多的锂的化合物。锂早先的主要工业用途是以硬脂酸锂的形式用作润滑剂的增稠剂,锂基润滑脂兼有高抗水性,耐高温和良好的低温性能。如果在汽车的一些零件上加一次锂润滑剂,就足以用到汽车报废为止。

在冶金工业上,利用锂能强烈地和氧、氮、氯、硫等物质反应的性质,充当脱氧剂和脱硫剂。在铜的冶炼过程中,加入十万分之一到万分之一的锂,能改善铜的内部结构,使之变得更加致密,从而提高铜的导电性。锂在铸造优质铜铸件中能除去有害的杂质和气体。在现代需要的优质特殊合金钢材中,锂是清除杂质最理想的材料。全球锂资源接近80%是盐湖锂,提取成本较低但是难度较大,20%的矿石产能释放较快但是成本较高,预计短期新增产能以矿石为主,长期盐湖将提供支持,未来盐湖提锂发展潜力较大。我国的盐湖资源主要集中在西藏扎布耶和青海盐湖等地。青海的察尔汗盐湖是中国最大的盐湖,也是世界上最著名的内陆盐湖之一,盐湖东西长160多公里,南北宽20-40公里,盐层厚约为2-120米,面积5856平方公里,海拔2680米。察尔汗盐湖中储藏着极为丰富的钠、镁、钾、锂、硼、溴等自然资源,总储量为600多亿吨,其中氯化钠储量555亿吨,氯化镁储量为5.7亿吨,氯化钾储量为6.4亿吨,氯化锂储量1204万吨。整个盐湖潜在的开发价值超过12万亿元,是发展我国盐化工业的战略宝地。

盐湖提锂从量、质量、成本都已经迅速突破。从未来的规模化程度(理论的提取资源量)、质量(工业级已经可以迅速变成电池级,盐湖提锂转变为电池级至少有20-50%的转化率)、盐湖周边的配套设施(运输条件、天然气)、成本(完全成本已经降到3万)来看,未来盐湖股份和科达洁能共同持股的蓝科锂业大概率能长成碳酸锂巨头。

1.盐湖提锂首先需要进行钾镁分离,然后再进行锂镁分离,按照盐湖股份目前每年600-800万吨钾肥产量,理论上可提锂20万吨/年,蓝科持续扩产不会受资源限制。

2.盐湖提锂的吸附法技术专利有且仅有在蓝科锂业,此技术专利保护了科达在蓝科以及整个盐湖提锂的利益。

3.根据青海省科技厅今年6月公告显示“年产5000吨电池级碳酸锂产业化关键技术研究”获得重大突破,项目实现了高镁锂比卤水镁锂分离和高效提锂,可生产合格的电池级碳酸锂产品,对实现察尔汗盐湖锂资源综合利用、打造千亿元锂电产业具有积极意义。技术实现突破,从工业级到电池级已成为现实。

现如今盐湖提锂工业化的生产方法主要是分步沉淀法,煅烧法和电渗析法。吸附法作为一种新型的处理方法,在盐湖提锂中也有一定的应用,但是使用限制较多,主要是产量低,反应时间较慢等。而在本发明中主要使用的方法是电吸附法,相较于传统的吸附方式,电吸附的反应时间较快,对于锂离子有选择性,产量高等特点;但是电吸附对于电极的要求较高,电极必须具备稳定性,延展性等特点,并且能多次重复使用,这对于电吸附的应用有一定的限制。

CN 108358222 A发明了一种从碳酸盐型盐湖卤水中提锂的工艺,它通过调节矿化度使富锂透过液蒸发结晶,然后将贫锂截留液蒸发结晶,将两种浓水兑卤结晶,固液分离得到粗碳酸锂,然后通过一系列方式得到工业级碳酸锂。这种方法使锂离子的回收率的达到了大幅提升,工艺流程简单可以进行产业化示范和规模化生产。但未能选择性的将锂离子从盐湖卤水中分离,并且大部分方式会引入杂质,从而加大分离难度。而且传统的盐湖提锂方式,时间消耗比较多并且需要大规模的复杂装置。

发明内容

本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊,而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。

鉴于上述的技术缺陷,提出了本发明。

因此,作为本发明其中一个方面,本发明克服现有技术中存在的不足,提供一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子方法。

为解决上述技术问题,本发明提供了如下技术方案:一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子方法,其包括将碳纤维毡作为第一电极,将所述碳纤维毡负载纳米氧化/硫化锌,干燥,作为第二电极,将所述第一电极和所述第二电极置于液体中,连接电源,将所述液体蒸发后过滤分离,所得固体即为锂盐。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述将所述碳纤维毡负载纳米氧化/硫化锌,其过程为将所述碳纤维毡浸入锌盐溶液中后煅烧,后浸入提供硫离子的弱氧化剂溶液中后再煅烧;所述液体是流动态液体;所述蒸发为加热蒸发;所述连接为先正接再反接。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述液体是盐湖卤水;所述碳纤维毡为经过预洗处理的碳纤维毡;所述锌盐溶液为碳酸锌、乙酸锌或硫酸锌溶液;所述提供硫离子的弱氧化剂溶液为硫代乙酰胺或硫脲溶液。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述流动的盐湖卤水,其流速为2L/min。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述碳纤维毡,其预洗的处理方式为进行水洗、酸洗和超声洗涤。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述预洗,其水洗时间为2~5h,水洗温度为80~100℃,酸洗时间为30~50min,超声洗涤时间为2~4h;所述吸附,其施加电压为0.1~10V,时间为110~140min;所述脱附,其施加电压为0.2~10V,时间为110~140min。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述预洗,其水洗时间为4h,酸洗时间为30min,超声洗涤时间为3h;所述吸附,其施加电压为0.2~0.4V,时间为120min;所述脱附,其施加电压为0.2~0.3V,时间为120min。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述将所述碳纤维毡浸入锌盐溶液中后煅烧,其煅烧温度为300~400℃,煅烧时间为1h;所述后浸入提供硫离子的弱氧化剂溶液中后再煅烧,其煅烧温度为300~400℃,煅烧时间为1h;所述蒸发,其加热温度为80~140℃。

作为本发明所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法的一种优选,其特征在于:所述将所述碳纤维毡浸入锌盐溶液中后煅烧,其煅烧温度为400℃,煅烧时间为1h;所述后浸入提供硫离子的弱氧化剂溶液中后再煅烧,其煅烧温度为300℃,煅烧时间为1h;所述蒸发,其加热温度为100℃。

作为本发明的另一个方面,本发明提供一种利用权利要求1~9任一所述从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法制备的电极,其特征在于:所述电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm。

本发明的有益效果:

(1)本发明提供的一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法使用的电极为负载氧化锌/硫化锌的碳纤维毡,碳纤维毡负载硫化锌可以之后表面呈凹凸状,硫化锌的添加减小了碳纤维毡的内部孔径,避免了孔径内部锂离子的填充使锂离子不易分离,增加了比表面积,而且整体结构更加的致密均匀,与普通的碳纤维毡相比其吸附能力有了很大的提高,并且对于锂离子具有选择性,可以从多中成分存在的盐湖卤水中选择性吸附锂离子。

(2)本发明提供的一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法提供了一种碳纤维毡负载硫化物的合成方法,并且负载硫化物的碳纤维毡对于锂离子的吸附具有选择性,并且与传统的吸附材料相比,本材料具有良好的稳定性,可以在多次试验中持续保持其吸附能力。

(3)本发明提供的一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法从反映介质看,体系中未引入杂质,便于后续的分离;所用的酸浓度有了很大的降低,降低了酸耗。

(4)本发明提供的一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法采用常压操作,反应温度较低,与传统的高温高压工艺相比降低了反应温度,从而降低了能耗。

(5)本发明提供的一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法反应操作自动化程度高,减少了人力投入,便于大批量生产,能够带来良好的经济效益和社会效益,具有良好的应用前景。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动性的前提下,还可以根据这些附图获得其它的附图。其中:

图1为本发明提供的一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的工艺流程图。

图2为实施例1所制备的氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡电极对锂离子的去除率图。

图3为所制备的氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡电极的SEM图。

图4为实施例6制备的碳纤维毡电极经高电压反应后的SEM图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合具体实施例对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明,但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广,因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

其次,此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例,也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。

实施例1:

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。采用氧化合成法改性碳纤维毡,将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm。

(2)将负载纳米硫化物的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。

负载纳米氧化/硫化锌后的碳毡的比表面积为16m2/g,比电容可到170F/g,平均孔径为4nm。通过计算得到锂离子的去除率为99%。吸附速率约为0.02g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在99%。脱附之后的水中含有95%的锂离子和5%的钠盐和钾盐等。钠盐和钾盐的量相对锂离子来说很小,通过浓缩结晶、固液分离,可以将锂离子从溶液中优先分离出来。

在现有技术中,盐湖提锂的效果处在85%-90%之间。盐湖卤水中含有很多的镁盐和钠盐,使得现有的从盐湖卤水中提取锂离子的效果不佳,完全克服镁离子的生成具有较大的技术难度。本发明通过改进电极材料,提高了对盐湖卤水选择性吸附锂离子的能力,克服这一难题,具有良好的应用前景。

实施例2

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。采用氧化合成法改性碳纤维毡,将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在110min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为100min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为95%。吸附速率约为0.017g/min.通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用后,锂离子的去除率保持在95%。

实施例3

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。采用氧化合成法改性碳纤维毡,将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在80min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为100min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为85%。吸附速率约为0.02g/min.通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在85%。

实施例4

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。采用氧化合成法改性碳纤维毡,将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米硫化物的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在150min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为150min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为99%。吸附速率约为0.013g/min.通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在99%。

实施例5

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。采用氧化合成法改性碳纤维毡,将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.1V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.1V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为82%。吸附速率约为0.014g/min.通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在82%。

实施例6

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。采用氧化合成法改性碳纤维毡,将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为170F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.6V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.6V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为99%。吸附速率约为0.02g/min.通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在85%。

去除率下降可能是因为施加电压过大导致电极表面的一部分氧化/硫化锌分解,达不到预期的吸附量。从图4中可以看出,碳纤维毡电极经高电压反应后,其表面负载的纳米氧化/硫化锌出现很大程度的损失,从而导致在重复二十次使用后,锂离子的去除率出现下降的趋势,并且施加电压的变化还会改变金属离子的选择性,施加的电压靠近锂离子的还原电位时,锂离子的反应会更加敏感一些,在此范围内进行吸附才可以最大化的吸附锂离子。

电压过大可能会造成一部分盐离子沉积到碳毡上,即溶液中的金属离子在通电的作用下发生了氧化还原反应,由离子态转变为单质,而这些表面的单质会在电极表面形成一层,从而影响负载的金属氧化锌/硫化锌作用,并且形成的单质也可能会堵塞纤维电极的孔径,造成不可逆转的碳毡的损失,致使此电极材料的吸附率下降。

实施例7

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,不进行水洗,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为165F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为98%。吸附速率约为0.02g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在98%。

实施例8

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h和超声洗涤3h去除表面杂物,不进行酸洗,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为15m2/g,比电容为163F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为98%。吸附速率约为0.02g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在98%。

实施例9

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min去除表面杂物,不进行超声洗涤,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为15m2/g,比电容为165F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米氧化/硫化锌的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为98%。吸附速率约为0.02g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在98%。

实施例10

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中300℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为14m2/g,比电容为160F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米硫化物的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为92%。吸附速率约为0.015g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在92%。

实施例11

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉250℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为15m2/g,比电容为156F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米硫化物的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为97%。吸附速率约为0.019g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在97%。

实施例12

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中500℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉300℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为16m2/g,比电容为168F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米硫化物的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为98%。吸附速率约为0.02g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在98%。煅烧温度过高可能会使碳纤维毡上的氧化锌发生副反应,在500℃条件下进行的氧化锌生成反应会受到空气中或者碳纤维中其他因素的影响,可能对生成的氧化锌造成一定的限制作用,并且在高温下进行的合成材料对实际吸附锂离子没有太好的积极作用,不利于本发明的进行,所以选择400℃优选温度。

实施例13

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L碳酸锌溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化锌,然后将煅烧过后的碳纤维毡用0.7mol/L硫代乙酰胺溶液慢慢浸润,然后在管式炉500℃下进行煅烧1h,得到氧化锌/硫化锌负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为14m2/g,比电容为167F/g,平均孔径为4nm;

(2)将负载纳米硫化物的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为98%。吸附速率约为0.02g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在98%。第二次煅烧温度过高可能会使大部分氧化物转换为硫化物,不是希望得到的氧化锌硫化锌产物。

实施例14

(1)碳纤维毡的比表面积12m2/g,比电容为96F/g,平均孔径为5nm。将碳纤维毡进行水洗4h,盐酸酸洗30min和超声洗涤3h去除表面杂物,之后将碳纤维毡完全浸入0.5mol/L硫酸铜溶液中然后将浸润的碳纤维毡放入管式炉中400℃煅烧1h,生成氧化亚铜,得到氧化铜负载的碳纤维毡,干燥备用,经过测量,电极的比表面积为13m2/g,比电容为112F/g,平均孔径为5nm;

(2)将负载氧化亚铜的碳纤维毡为电极在流动的盐湖卤水中控制电位在0.3V进行电吸附锂离子,流速为2L/min,反应时间设置在120min;

(3)将吸附完成的碳纤维毡取出,然后放入清水中将电极正负极反接进行控制电位为0.3V进行锂离子的脱附,脱附时间设置为120min;

(4)将步骤(3)得到的脱附过的水进行加热蒸发处理,将析出的盐进行过滤分离,然后剩余的饱和盐水进行收集进行多次结晶分离。利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率仅为36%。吸附速率约为0.007g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在30%。

实施例15

除将步骤(1)中的负载氧化锌/硫化锌的碳纤维毡电极替换为普通碳纤维毡电极外,其余与实施例1相同。

利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为32%。吸附速率约为0.006g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在28%。

实施例16

除将步骤(1)中的负载氧化锌/硫化锌的碳纤维毡电极替换为只负载氧化锌的碳纤维毡电极外,其余与实施例1相同。

利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为94%。吸附速率约为0.018g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在92%。

实施例17

除将步骤(1)中的负载氧化锌/硫化锌的碳纤维毡电极替换为只负载硫化锌的碳纤维毡电极外,其余与实施例1相同。

利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算得到锂离子的去除率为95%。吸附速率约为0.019g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下重复二十次使用,锂离子的去除率保持在95%。

实施例18

除将步骤(1)中负载氧化锌/硫化锌的碳纤维毡电极替换为负载氧化锌/硫化锌的碳纸作为电极外,其余与实施例1相同。

利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算的到锂离子的去除率仅为5%。吸附速率约为0.001g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下多次重复使用,锂离子的去除率保持在5%。

碳纸作为载体,但是由于碳纸较为轻薄,孔隙率较大,离子的通透性太强,无法形成致密的双电子结构层,所以吸附性能不是很好。

实施例19

除将步骤(1)中的流动的盐湖卤水替换为静态的盐湖卤水外,其余与实施例1相同。

利用ICP测试盐湖卤水中的锂离子浓度。通过计算的到锂离子的去除率仅为10%。吸附速率约为0.002g/min。通过电极重生得到的锂离子的量与去除量相符,将电极在此条件下多次重复使用,锂离子的去除率保持在10%。

不控制时间,间隔测量卤水中的锂离子含量,使盐湖卤水中的锂离子去除量达到99%。通过测定所使用的时间为25h。

应说明的是,以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制,尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明,本领域的普通技术人员应当理解,可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换,而不脱离本发明技术方案的精神和范围,其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

一种从盐湖卤水中选择性电吸附锂离子的方法专利购买费用说明

专利买卖交易资料

Q:办理专利转让的流程及所需资料

A:专利权人变更需要办理著录项目变更手续,有代理机构的,变更手续应当由代理机构办理。

1:专利变更应当使用专利局统一制作的“著录项目变更申报书”提出。

2:按规定缴纳著录项目变更手续费。

3:同时提交相关证明文件原件。

4:专利权转移的,变更后的专利权人委托新专利代理机构的,应当提交变更后的全体专利申请人签字或者盖章的委托书。

Q:专利著录项目变更费用如何缴交

A:(1)直接到国家知识产权局受理大厅收费窗口缴纳,(2)通过代办处缴纳,(3)通过邮局或者银行汇款,更多缴纳方式

Q:专利转让变更,多久能出结果

A:著录项目变更请求书递交后,一般1-2个月左右就会收到通知,国家知识产权局会下达《转让手续合格通知书》。

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