جداسازي انتخابي يون هاي ليتيم با استفاده از نانو كريستال هاي MnO2

Selective separation of lithium ions by MnO2 nanocrystals

هدف اصلي اين تحقيق سنتز جاذبي مناسب براي جداسازي انتخابي يون ليتيم از محلول هاي آبي مي باشد. به همين منظور، مقدمتاً اكسايشگرهاي نانو ساختار MnO2، پيش ماده‌هاي اسپينلي Li-Mn-O و نانو لوله‌هاي جاذب MnO2 با روش هيدروترمال كنترل شده تحت دو شرايط مختلف سنتز و ويژگي هاي ساختاري و قابليت تبادل يوني اين جاذب ها با استفاده از آناليزهاي XRD و SEM بررسي شده است. متعاقباً ايزوترم هاي جذب، سينتيك و انتخاب پذيري جاذب ها به طور جداگانه مورد مطالعه قرار گرفته است. نتايج حاصل از اين تحقيقات نشان داد كه نانو لوله هاي MnO2 عمدتاً با قطري حدود 30-60 نانومتر و طولي معادل 5/0-2 ميكرومتر خاصيت مناسبي براي جذب يون ليتيم دارند. همچنين بررسي ضريب توزيع تعادلي (Kd) اين جاذب ها از انتخاب پذيري بالاي آن‌ها در جذب يون Li+ در حضور ساير يون هاي Mg2+، K+ و Na+ حكايت داشته است. علاوه بر اين ايزوترم جذب از معادله لانگميور تبعيت نموده و حداكثر ظرفيت جذب تك لايه‌اي يون ليتيم در شرايط بهينه mmol/gr45/4 گزارش شده است. بر اين اساس به نظر مي رسد كه جاذب هاي مورد نظر، پتانسيل خوبي براي استخراج ليتيم از شورابه ها و آب دريا دارند.

The main objective of this study was synthesis of proper ion sieves for selective extraction of lithium from solutions. Therefore, in the first stage, MnO2 nanostructure oxidizer, spinel type Li-Mn-O precursor and lithium ion sieve of MnO2 nanorods were synthesized under two different conditions of a controlled hydrothermal method and the structure characteristics and ion exchange ability were studied by XRD and SEM analysis. Then, the Li+ adsorption isotherm, kinetics and selectivity measurements were investigated, separately. The produced MnO2 nanorods, with the size about 30–60 nm in diameter and 0.5–2 µm in length, were found to have a remarkable lithium ion-sieve property. In addition, the study on equilibrium distribution coefficients (Kd) of synthesized ion sieve indicating high selectivity for Li+ ions in the presence of other coexisting ions such as Na+, K+ and Mg2. In addition, adsorption isotherm followed the Langmuir equation and the maximum monolayer uptake capacity of Li+ ions was 4.45 mmol/g estimated in the optimized condition. Consequently, it appears that the synthesized ion sieves have the adequate potential for extraction lithium from brines or seawater.