钛系锂吸附剂微球滴定法微球制备工艺

一、制备工艺核心步骤

1. 前驱体制备  

   钛源选择：四氯化钛（TiCl₄）、硫酸钛（Ti(SO₄)₂）、钛酸四丁酯（C₁₆H₃₆O₄Ti）等。  

   锂源选择：（Li₂CO₃）、氢氧化锂（LiOH）或硝酸锂（LiNO₃）。  

   溶液配制：将钛源与锂源按一定摩尔比（如Li:Ti = 4:5）溶解于水或乙醇中，形成均一前驱体溶液。

2. 滴定法调控沉淀  

   pH控制：通过逐滴加入氨水（NH₃·H₂O）或NaOH溶液调节pH至碱性范围（通常8－10），促使钛锂复合物均匀沉淀。  

   温度与搅拌：保持反应温度40－60℃，高速搅拌（500－1000 rpm）避免局部过饱和导致颗粒团聚。  

   表面活性剂：添加PEG、CTAB等模板剂，控制微球粒径（目标范围：50－200 μm）。

3. 滴定成型 

  采用微球成型仪（MS-１）将液体滴定到纯水中，均匀成型。滴定过程需要控制滴定速度及流体流量压力，以形成均匀小球。

4. 煅烧处理  

   惰性气氛（N₂或Ar）下煅烧（400－800℃, 25小时），去除有机物并增强结晶度，形成稳定多孔结构。

5. 微球成型  

   载体复合：若需增强机械强度，可将钛酸锂负载于多孔聚合物（如聚苯乙烯微球）或无机载体（SiO₂、Al₂O₃）表面。  

   喷雾干燥：将浆料通过喷雾干燥机快速成型，获得球形颗粒（粒径可控于50－300 μm）。

二、关键工艺参数与优化

1. pH调控  

   精准控制pH值（误差< 2‰）确保钛、锂共沉淀均匀，避免生成非目标相（如TiO₂杂质）。

2. 晶化条件  

   水热温度与时间影响晶粒尺寸和孔道结构，高温长时利于形成有序介孔（BET比表面积可达100－300 m²/g）。

3. 煅烧制度  

   煅烧温度过高可能导致微球烧结致密化，降低吸附容量；推荐分段升温（如200℃预烧1小时，再升至600℃）。

4. 掺杂改性  

   引入Al³⁺、Fe³⁺等离子替代部分Ti⁴⁺，提升离子交换容量（如Li⁺吸附量可达46 mg/g）。

三、性能表征与评估

1. 结构分析  

   XRD：确认Li₂TiO₃或H₂TiO₃晶相。  

   SEM/TEM：观察微球形貌及孔径分布。  

   BET：测定比表面积及孔结构（目标孔径250 nm）。

2. 吸附性能测试  

   静态吸附：在模拟盐湖卤水（Li⁺浓度~200 ppm，Na⁺/K⁺/Mg²⁺共存）中测试吸附容量与选择性（Li⁺/Mg²⁺分离系数>100为佳）。  

   动态循环：柱吸附解吸实验评估循环稳定性（目标循环次数>50次，容量保持率>90%）。

四、常见问题与解决方案

1. 微球破碎  

   优化载体强度或添加粘结剂（如硅溶胶）。  

2. 吸附容量低  

   提高材料比表面积或引入离子印迹技术增强选择性。  

3. 合成成本高  

   采用廉价钛源（如工业级TiOSO₄）或回收工艺。

五、应用场景扩展

盐湖卤水提锂：适用于高镁锂比（Mg²⁺/Li⁺ >50）卤水。  

海水提锂：需进一步优化微球亲水性与抗生物污染性。  

废旧锂电池回收：吸附剂可循环再生，降低环境负担。