课题基金 / 基金详情

杂化电容去离子技术的构筑及高镁锂比盐湖卤水中锂的回收

批准号:
U1507103
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
50.0 万元
负责人:
王刚
依托单位:
学科分类:
化学工程与工业化学
结题年份:
2018
批准年份:
2015
项目状态:
已结题
项目参与者:
詹菲、武婷婷、董强、张浩、任启迪、王建韧

项目摘要

结项摘要

项目成果

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中文摘要
锂作为一种重要的新型能源材料,已被广泛用于国防、化工、电子等领域,国内外市场对锂的需求量也日益增加。柴达木盆地盐湖卤水含有丰富的锂资源,然而卤水中镁锂比较高,现有技术在提取锂的过程中面临难以将镁锂有效分离的复杂难题。本项目通过锰氧化物/碳材料作为电极材料来构筑杂化电容去离子技术,利用电化学原理将锂离子与相反电荷的离子选择性的捕获到对应的电极上,具有选择性好、能耗低的优势。主要研究内容包括:(1)利用溶胶凝胶法制备结构和性能可控的纳米锰氧化物提锂离子筛;(2)诠释电极材料电化学性能、提锂性能与其微纳结构、孔隙结构、原子比等之间的构效关系;(3)构筑杂化电容去去离子提锂装置,进行基于高镁锂水体的提锂实验研究,揭示选择性提锂机制。项目的实施将丰富和发展电容去离子技术的内涵,为开发低耗高效的复杂水体中提锂技术奠定理论和技术基础,有重要的学术价值和广阔的应用前景。
英文摘要
Lithium is one of the most important elements in various fields including national defense, chemical engineering and energy storage industry, and demands for lithium are constantly increasing these days. Salt-lake brines in Qaidam basin, China have high Mg/Li concentration ratios, unlike brines in other countries, and it is very difficult to recover lithium from salt-lake brines in China using sedimentation and calcinations methods because of preferential magnesium extraction. This remains a big challenge. The project reports an electrochemical lithium recovery method based on a manganese oxide/activated carbon hybrid capacitive deionization system. In this system, lithium ions and counter anions are effectively captured at each electrode with low energy consumption in a salt solution containing various cationic species or simulated brine lake water. The relationship between the structure and properties of the precursor manganese oxide and the as-made manganese oxide using sol-gel method will be explored, which will help to optimize the preparation processes that will be capable of tuning the properties, microstructures of the manganese oxide phase. The dependence of the high capacity of the manganese oxide materials on the size, distance, functional groups and the microstructure will be examined, which will reveal the capacity mechanism governing desalination. Furthermore, we designed this system as a flow process for practical applications. By experimental analyses, we will confirm that this system has high selectivity and long-term stability, with its performance being retained even after repetitive captures and releases of lithium ions. This project will pave a new way for making novel CDI processes to solve the bottle-neck problems. The advantages achieved through this innovative work will lead to more efficient separation technologies across many sectors, such as desalination of saline, treatment of lithium ions in slat-lake brines in Qaidam basin.
锂及其化合物广泛应用于国民经济的各个领域,是一种重要的战略资源。盐湖卤水中含有大量的锂,但是大部分同时伴生有大量的镁,由于镁锂化学性质相似,离子半径和电荷相近,传统方法难以分离。本项目通过锰氧化物/碳材料作为电极材料来构筑杂化电容去离子技术,利用电化学原理将锂离子与相反电荷的离子选择性的捕获到对应的电极上,具有选择性好、能耗低的优势。主要研究内容及其重要结果、数据如下:(1)利用一步水热制备的纳米级的LiMn2O4,作为杂化电容去离子电极材料,最高吸附容量为23.6mgLi/g;(2)采用MnO2作为阳极,PVPD包覆的碳材料作为阴极组装的杂化电容去离子模块,在1.4V电压窗口下,获得了脱盐容量高达14.9mg/g的钠离子吸附容量,350次循环后电吸附容量保持率高达95.4%;(3)进行了整体式高介孔聚合物和提锂剂的复合研究;当锰酸锂/聚丙烯腈复合比例为1.2 g : 0.8 g 时,锂离子饱和吸附量达到了27.3 mg·g-1,同时表现出了良好的吸附动力学,在4 h内可以达到吸附平衡;此外,为了测试吸附剂的再生性能以及展示整体式材料易于分离的优势,采用固定床进行吸附再生研究,研究表明:吸附完成后用0.5 M HCl再生循环使用,循环吸附3次后吸附量可以维持在90%以上,展现了良好的再生性能。.项目的实施将丰富和发展电容去离子技术的内涵,为开发低耗高效的复杂水体中提锂技术及其脱盐技术奠定理论和技术基础,有重要的学术价值和广阔的应用前景。
期刊论文列表
专著列表
科研奖励列表
会议论文列表
专利列表
High performance asymmetric capacitive mixing with oppositely charged carbon electrodes for energy production from salinity differences
高性能不对称电容混合与带相反电荷的碳电极,用于利用盐度差异产生能量
DOI: 10.1039/c7ta05736a
发表时间: 2017-10
期刊: Journal of Materials Chemistry A
影响因子: 11.9
作者: [Zhan Fei, Wang Gang, Wu Tingting, Dong Qiang, Meng Yulan, Wang Jianren, Yang Juan, Li Shaofeng, Qiu Jieshan]
通讯作者: Qiu Jieshan
Electrospun porous hierarchical carbon nanofibers with tailored structures for supercapacitors and capacitive deionization
静电纺多孔分级碳纳米纤维,具有用于超级电容器和电容去离子的定制结构
DOI: 10.1039/c5nj02963e
发表时间: 2016-04
期刊: 66..New Journal Of Chemistry
影响因子: --
作者: [Gang Wang, Bingqing Qian, Yuwei Wang, Qiang Dong, Fei Zhan, Jieshan Qiu]
通讯作者: Jieshan Qiu
In situ synthesis of chemically active ZIF coordinated with electrospun fibrous film for heavy metal removal with a high flux
原位合成化学活性 ZIF 与电纺纤维膜配合用于高通量去除重金属
DOI: 10.1016/j.seppur.2016.11.048
发表时间: 2017-04
期刊: Separation and Purification Technology
影响因子: 8.6
作者: [Wang Gang, Zhang Hao, Wang Jianren, Ling Zheng, Qiu Jieshan, Qiu JS]
通讯作者: Qiu JS
Starch Derived Porous Carbon Nanosheets for High-Performance Photovoltaic Capacitive Deionization
用于高性能光伏电容去离子的淀粉衍生多孔碳纳米片
DOI: 10.1021/acs.est.7b01629
发表时间: 2017
期刊: ENVIRONMENTAL SCIENCE & TECHNOLOGY
影响因子: 11.4
作者: [Wu Tingting, Wang Gang, Dong Qiang, Zhan Fei, Zhang Xu, Li Shaofeng, Qiao Huiying, Qiu Jieshan]
通讯作者: Qiu Jieshan
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    空间柔性机械臂抓捕非合作目标的接触碰撞动力学研究
    • 批准号:
      11802048
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      26.0万元
    • 批准年份:
      2018
    • 负责人:
      王刚
    • 依托单位:
    不连续支承钢筋混凝土板的力学行为研究
    • 批准号:
      51408097
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2014
    • 负责人:
      王刚
    • 依托单位:
    基于突变和模糊理论的重力坝坝基失稳概率计算方法研究
    • 批准号:
      51309048
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2013
    • 负责人:
      王刚
    • 依托单位:
    基于静电纺丝技术构筑新型整体式炭纤维/碳管复合电极及其电容去离子脱盐性能研究
    • 批准号:
      51102033
    • 项目类别:
      青年科学基金项目
    • 资助金额:
      25.0万元
    • 批准年份:
      2011
    • 负责人:
      王刚
    • 依托单位:
    国内基金
    海外基金