锂离子筛吸附/脱附机制研究进展

刘鲤君

（青海省测试计算中心，青海 西宁 810008）

锂离子筛（Lithium Ion Sieve，LIS）由一系列具有独特化学结构的锂选择性吸附剂组成，能够从盐湖卤水中分离出锂离子。在过去的几十年里，LIS技术被认为是从水溶液中回收锂的最具前景的技术[1]。

LIS是具有高锂吸收容量、优异的锂选择性和良好的循环性能的优异吸附剂。这些特性使LIS能够有效地将锂从含有不同离子的水溶液中分离出来。

LIS按其结构可以分为尖晶石结构LIS和层状结构LIS。本研究根据该分类对LIS的吸附/脱附机制进行了综述。

1 尖晶石结构LIS的吸附/脱附机制

近几十年来，人们提出了3种主要的机制来解释尖晶石结构LIS中Li+的吸附/脱附现象，分别是氧化还原机理、离子交换机理和复合机理。

1.1 氧化还原机理

1.1.1 歧化模型

在Hunter[2]的早期研究中，LiMn2O4中的Li+吸附/脱附过程被认为是一对氧化还原反应。LiMn2O4中的Li+的脱附伴随着Mn(Ⅲ)在酸性环境中的歧化，在该过程中，仅表面Mn(Ⅲ)被转化为Mn(Ⅱ)和Mn(Ⅳ)。随着Mn(Ⅱ)的溶解，表面Mn(Ⅳ)和内部Mn(Ⅲ)发生转化。同时，锂离子以晶体形式从内部扩散到表面，并最终溶解。可以通过Kozawa等[3]提出的在碱性电极中阴极还原γ-MnO2的机理来解释这一过程。

综上所述，Li+吸附/脱附过程的驱动力是表面Mn(Ⅲ)的歧化，其中，Mn(Ⅳ)保留在晶体结构中，Mn(Ⅱ)溶解在水溶液中。该理论可以解释尖晶石型锂离子筛的锂离子容量在回收操作中逐渐下降，还可以解释由于氢原子的半径比锂原子小，锂离子脱嵌后，尖晶石结构的晶格参数变小。

1.1.2 阶段模型

Ooi等[4]提出了一个阶段模型来描述Li+在λ-MnO2的立体定向吸附插入过程。……