空气净化用氢氧化锂的再生利用研究
锂是最轻的金属元素，在地壳中的丰度仅为0.0065﹪，由于在能源、航天、军事等领域的广泛应用，是重要的战略物质，对其回收处理再生，有重要意义。
氢氧化锂是最主要的锂化合物之一，广泛应用于化工原料、锂离子电池、石油、冶金、玻璃、陶瓷等行业，同时也是国防工业、原子能工业和航天工业不可或缺的原料。在军事潜艇中将氢氧化锂制成“生命保障隔板”，这些隔板起到空气净化的作用，能吸收二氧化碳气体，以防止失事潜艇内空气中的二氧化碳气体达到威胁人员生命的水平，提高人员在等待救援时的生存能力。这种隔板在吸收二氧化碳时还能产生大量的热，使艇内温度达到华氏140度左右，给艇员创造一个温暖的空间。军用空气净化剂耗量大，若将其用后废弃物回收，作为原料重新制备出空气净化剂或其他锂盐，可以重复使用，节约大量资源。
本课题对空气净化用氢氧化锂的再生利用进行了研究，主要内容有两部分。第一部分：对孤立作业体系使用的氢氧化锂的再生进行研究。第二部分：以氢氧化锂作为锂源制备纳米LiCoO<,2>。
对孤立作业体系使用后的氢氧化锂的主要成分进行了分析，根据原料的组成及含量，选择用苛化法生产氢氧化锂。讨论了苛化温度、苛化液浓度、苛化时间和浓缩方式等反应条件对生产过程及产品的影响，确定了最佳生产工艺，锂回收率在83～93％之间。对产品中氢氧化锂的含量及钙、钠、钾、盐酸不溶物等杂质的含量进行分析，氢氧化锂的含量符合GB/T 8766-2002工业级标准要求。
以氢氧化锂、柠檬酸和醋酸钴为原料，通过低温固相配位化学反应法合成了前驱体配合物，反应机理如下： LiOH·H<,2>O+C<,6>H<,8>O<,7>·2H<,2>O→LiC<,6>H<,7>O<,7>+4H<,2>O LiC<,6>H<,7>O<,7>+Co(Ac)<,2>·4H<,2>O→LiCoC<,6>H<,6>O<,7>Ac+HAc+4H<,2>O通过元素分析、红外光谱分析和热重/差热分析对前驱体的组成、结构及热分解过程进行了研究，推断出前驱体的结构式如下：
该前驱体进一步经过热处理即可制得超细纳米LiCoO<,2>材料，此材料具有单一的α-NaFeO<,2>型层状结构。前驱体的热分解大致分为两步进行，醋酸根先分解，再脱去柠檬酸根的碳得到纳米LiCoO<,2>。对前驱体进行了非等温热分解动力学处理，得出了前驱体的热分解反应机理、热分解动力学方程、相应的动力学参数及活化熵。ΔS<'≠>和活化吉布斯函数ΔG<'≠>，结果如下：
前驱体的第3步热分解过程的反应动力学函数为：f(α)=1/3(1-α)[-ln(1-α)]<'-2>；热分解的动力学方程为：dα/d=A·e<'-E/RE>f(α)=A·e<'-E/RT>·1/3(1-α)[-ln(1-α)<'-2>， E=292.6kJ/mol，LnA=53.06，r=0.9676，ΔS<'≠>=0.6118 kJ/mol·K，ΔG<'≠>=-65.67 kJ/mol。
利用XRD衍射分析和扫描电镜分析，系统地研究了合成条件对LiCoO<,2>产品的物相结构及形貌的影响。研究表明，前驱体在一定压力下压片后，于600℃煅烧6h，随炉冷却即可形成层状结构的LiCoO<,2>，产品物相纯净，结晶性好。SEM图可以看出产品的晶粒尺寸在100～300 mm之间，晶体形貌规整，边缘清晰，但存在一定程度的团聚现象。
结合所观察到的实验现象，讨论了低温固相反应的监测手段、影响因素及反应机理。
氢氧化锂;再生利用;低温固相配位化学;纳米钴酸锂;层状结构
中国海洋大学
硕士
分析化学
毕彩丰
2007
中文
TU834.8
67
2007-09-03（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）