Труды КНЦ (Технические науки вып.3/2023(14))

For citation: Ivanets, A. I. Effect of the nature of Ti-containing precursors and conversion conditions to the H-form on the adsorption properties of Li2TiO3 and Li4TisO 12 oxides / A. I. Ivanets, V. G. Prozorovich, E. S. Bicheva // Transactions of the Коіа Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 148-152. doi:10.37614/2949- 1215.2023.14.3.027. Введение Непрерывный рост спроса на литий (Li), вызванный широким применением его соединений при производстве литий-ионных батарей, керамики, медицинских препаратов и при проведении термоядерных реакций, обусловливает актуальность изучения экономически доступных и эффективных способов получения лития. Среди источников лития водные ресурсы (рассолы геотермальных источников и соляных озер, морская вода) представляют значительный интерес для промышленной добычи лития благодаря существенным запасам, доступности и относительно низкой стоимости их переработки [1]. Адсорбция с использованием литий-ионных сит на основе оксидов Li 4 Ti 5 O 12 и L i 2 TiO 3 является эффективным методом извлечения ионов Li+ из водных ресурсов, что обусловлено высокой селективностью данных адсорбентов в присутствии конкурирующих ионов (Na+, K+, Mg2+ и Ca2+) [2]. При этом важной стадией извлечения ионов Li+ является перевод оксидов Li 4 Ti 5 O 12 и Li 2 TiO 3 в H -форму кислотной обработкой, что позволяет формировать ионообменные центры, селективные к ионам Li+. Известно, что адсорбционные характеристики оксидов Li 4 Ti 5 O 12 и Li 2 TiO 3 во многом определяются выбранным методом синтеза, природой T i-содержащего прекурсора и условиями регенерации [3, 4]. Цель настоящей работы — установление влияния природы T i-содержащих прекурсоров (фазы анатаз a-TiO 2 и рутил r-TiO 2 ) и условий перевода в H -форму (температура и концентрация раствора HCl, время контакта) на адсорбционные свойства оксидов Li 4 Ti 5 O 12 и Li 2 TiO 3 . М атериалы и методы Карбонат лития (Li2CO3), диоксид титана (a-TiO 2 и r-TiO 2 ), соляная кислота (HCl), гидроксид лития (LiOH) квалификации «х.ч.» и «ч.д.а.» («5 океанов», Беларусь) использовали для получения образцов адсорбентов на основе оксидов Li 4 Ti 5 O 12 и Li 2 TiO 3 , перевода в H -форму и проведения сорбционного эксперимента. При приготовлении всех водных растворов использовали деионизированную воду (удельное электрическое сопротивление 18,2 М О м см ). Образцы Li 4 T i 5 O 12 и Li 2 TiO 3 получали твердофазным методом синтеза. Исходные прекурсоры Li2CO3 и a-TiO 2 /r-TiO 2 смешивали в молярном соотношении 2:5 и 1:2 соответственно. Далее прессовали в таблетки и прокаливали в электропечи B180 (Nabertherm, Германия) в воздушной среде при температуре 800 °С (скорость нагрева 5 °С/мин) в течение 5 ч. Для определения оптимальных условий перевода адсорбентов в Н-форму осуществляли варьирование следующих параметров: концентрации HCl от 0,05 до 0,15 М, температуры водного раствора HCl в диапазоне 6 0 -8 0 °C и времени контакта от 24 до 72 ч. Регенерацию проводили при постоянном перемешивании (200 об/мин) в шейкер-инкубаторе ES-20/60 (BioSan, Литва). Степень перевода в Н-форму ( y (H+), %) полученных оксидов Li4Ti5O12 и Li2TiO3 рассчитывали по уравнению Y(H+) = neq/ntheor- 100, (1) где neq и ntheor (ммоль) — равновесное и теоретически рассчитанное химическое количество ионов Li+. Фазовый состав полученных образцов исследовали на дифрактометре Advanced D8 (Bruker, Германия) с CuKa-излучением в интервале 2Ѳ 10-70°. Идентификацию фаз по набору межплоскостных расстояний ( d ) с проставлением индексов Миллера ( hkl ) для полученных образцов проводили в специализированном программном обеспечении Match! версия 3.13 (Crystal Impact GbR, Германия) с использованием баз данных COD_20211214. Сорбционные свойства полученных образцов изучали в статических условиях при V/m = 250 см3/г с использованием модельного раствора лития (C(Li+) = 1,0 г/л, pH = 12,0). Исходную (C 0 (Li)) и равновесные (Ceq(Li)), концентрации (мг/л) ионов Li+ определяли методом атомно-адсорбционной спектроскопии на атомно-абсорбционном спектрометре SpectrAA 220 FS (Varian, Австралия). Труды Кольского научного центра РАН. Серия: Технические науки. 2023. Т. 14, № 3. С. 148-152. Transactions of the Kola Science Centre of RAS. Series: Engineering Sciences. 2023. Vol. 14, No. 3. P. 148-152. © Иванец А. И., Прозорович В. Г., Бичева Е. С., 2023 149