CC BY
21
№ 5 (110)
AunI
/Ш. ТЕ)
7universum.com
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
май, 2023 г.
ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ
DOI - 10.32743/UniTech.2023.110.5.15558
ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА АДСОРБЦИИ ЛИТИЯ НА ОКСИДЕ ЛИТИЯ-ТИТАНА
Абдуллаев Баходир Урал угли
ассистент Янгиерского филиала Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Янгиер E-mail: bahodir. abdullayev. [email protected]
Махмаёров Жасур Бозорович
зав. кафедрой химической технологии Янгиерского филиала Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Янгиер
Самадий Муроджон Абдусалимзода
зам. директора по наукам и инновациям Янгиерского филиала Ташкентского химико-технологического института Республика Узбекистан, г. Янгиер
INVESTIGATIONS OF THE MECHANISM OF LITHIUM ADSORPTION ON LITHIUM-TITANIUM OXIDE
Bakhodir Abdullayev
Assistant of the Yangiyer branch of the Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Yangier
Jasur Makhmayorov
Head Department of Chemical Technology,
Yangiyer branch of the Tashkent Institute of Chemical Technology, Republic of Uzbekistan, Yangier
Murodjon Samadiy
Deputy Director for Science and Innovation of the Yangier branch of the Tashkent Chemical-Technological Institute Republic of Uzbekistan, Yangier
АННОТАЦИЯ
В этой статье показана точность скорости адсорбции ионов лития оксидом титана. Слоистый Н2ТЮ3 показал себя многообещающим селективным адсорбентом лития, для извлечения лития из соляных растворов. Несмотря на многообещающие характеристики этих материалов, механизм адсорбции лития слоистым Н2ТЮ3 до сих пор не изучен должным образом. В настоящее время принято считать, что адсорбция лития происходит через Li+-H+. ионообменная реакция без разрыва химических связей. Однако, в этом исследовании мы показываем, что ионный обмен Li+-H+ включает разрыв поверхностных связей O-H, присутствующих в слоях HTi2, наряду с образованием связей O-Li. Используя спектроскопию, мы также показываем, что изолированные поверхностные гидроксилы активно участвуют в обмене ионов лития по сравнению с поверхностными гидроксильными группами, связанными водородом, которые присутствуют в межслоевых промежутках. Этот недавно предложенный механизм также объясняет более низкую наблюдаемую адсорбционную способность по сравнению с теоретическими значениями.
Библиографическое описание: Абдуллаев Б.У., Махмаёров Ж.Б., Самадий М.А. ИССЛЕДОВАНИЯ МЕХАНИЗМА АДСОРБЦИИ ЛИТИЯ НА ОКСИДЕ ЛИТИЯ-ТИТАНА // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. 2023. 5(110). URL: https://7universum. com/ru/tech/archive/item/15558
A UlSliVERSUM:
№5 am___- t AVK -_май. 2023 г.
ABSTRACT
This article shows the accuracy of the adsorption rate of lithium ions by titanium oxide. The layered H2TIO3 showed itself as a promising selective lithium adsorbent to extract lithium from salt solutions. Despite the promising characteristics of these materials, the adsorption mechanism of lithium-layered H2TiO3 has not yet been studied properly. It is currently accepted that lithium adsorption occurs through Li+-H+. Ion exchange reaction without rupture of chemical ties. However, in this study, we show that the ion exchange of Li+-H+ includes a rupture of the superficial bonds of O-H, present in the layers of HTi2, along with the formation of O-Li connections. Using spectroscopy, we also show that insulated surface hydroxyls actively participate in the exchange of lithium ions compared to surface hydroxyl groups associated with hydrogen, which are present in the interlayer spaces. This recently proposed mechanism also explains the lower observation ability compared to theoretical values.
Ключевые слова: литий, поверхностные гидроксилы, ионный обмен, извлечение лития, адсорбция, рассол. Keywords: lithium, superficial hydroxyls, ion exchange, lithium extraction, adsorption, brine.
Прекурсор моноклинного ионного сита Li2TiO3 был синтезирован путем проведения реакции прокаливания в твердом состоянии между Li2CO3 и TiÜ2. Смесь Li2CO3 и TiÜ2 (мольное соотношение Li/Ti = 2) готовили путем растирания реагентов пестиком в ступке. Затем смесь переносили в керамический тигель и прокаливали в камерную печь при 700 °С в течение 4 ч для получения ß-Li2TiO3. Ионное сито получали путем магнитного перемешивания ß-Li2TiO3 в 0,2 M HCl в течение 24 ч (отношение Т/Ж = 1 г/200 мл). Ионные сита отделяли от кислоты с помощью вакуумной фильтрации, а затем промывали большим количеством деионизированной воды. Осадок на фильтре сушили в печи при 60 °С в течение ночи.
Исследования адсорбции лития проводили при магнитном перемешивании 0,1 г слоистого H2TiO3 в 100 мл 0,1 М буферного раствора LiCl (pH = 9,50, доводили аммиачным буфером). Аномальный отделяли с помощью шприцевого фильтра, а затем анализировали с помощью ICP-MS (Agilent 3500 CE).
Обогащенный литием адсорбент (LixH2-xTiOз) промывали большим количеством деионизированной воды для удаления избытка буферного раствора, а затем сушили в печи при 60 °С в течение ночи. Измеренное значение адсорбционной емкости лития составило ~ 40 мг/г.
Прекурсор ионного сита p-Li2TЮз получают как продукт прокаливания Li2COз и ТЮ2. Рентгеновская дифрактограмма на рис. 1 показывает, что дифракционные пики принадлежат p-Li2TЮз (карточка ICDD № 33-0831), занимающему моноклинную кристаллическую структуру. При делитировании в разбавленной кислоте получается слоистое ионное сито H2TiOз. Пик, соответствующий плоскости (002), смещается в сторону более высоких значений 20, что свидетельствует об уменьшении объема элементарной ячейки после делитирования. Это уменьшение объема клетки связано с замещением ионов Н+ ионами Li+ [1]. Можно заметить, что после делитирования наблюдается значительное изменение дифракционных картин H2TiOз по сравнению с материалом-предшественником 6-Li2TЮз.
Рисунок 1. Рентгеноструктурный анализ Li2TiÜ3, Н2ТЮ3 и LixH2-xTiÜ3
№ 5 (110)
UNIVERSUM:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
• 7universum.com
май, 2023 г.
Дифракционные пики, соответствующие плоскостям (020), (13-3), (006), (312) и (062), исчезают [2-3]. Учёные и специалисты в своих исследованиях связывают исчезновение этих пиков с высокой концентрацией дефектов упаковки вдоль оси С. Более того, в исследованиях [4] принципиальные расчеты показывают, что исчезнувшие пики соответствуют плоскостям с низкой энергией связи О^. Пики, соответствующие плоскостям (002), (13-1) и (-204),
Видно, что после делитирования некоторые дифракционные пики, присутствующие в Li2TiOз, исчезают из-за слабых связей Li-O. Эти исчезнувшие пики не появляются снова даже после адсорбции лития.
не исчезают даже после делитирования Li 2TiOз, что свидетельствует о сохранении H2TiOз слоистости. Следовательно, делитирование прекурсора ионного сита p-Li2TЮз приводит к образованию слоистого H2TiOз с высокой концентрацией дефектов упаковки. Интересно отметить, что после адсорбции лития исчезнувшие пики не появляются вновь в LixH2-xTiOз. Это указывает на то, что адсорбция лития на Н^Ю3 не сопровождается какими-либо структурными изменениями [5]. Вкратце, делитирование Li2TiOз приводит к структурным изменениям, возникающим из-за дефектного химического состава, тогда как адсорбция лития на Н^Ю3 не приводит к каким-либо новым структурным изменениям.
Список литературы:
1. Marthi R, Smith YR. Selective recovery of lithium from the Great Salt Lake using lithium manganese oxide-diatomaceous earth composite // Hydrometallurgy. 2019. 186. P. 115-125.
2. Tarakina NV, Neder RB, Denisova TA, Maksimova LG, Baklanova YV, Tyutyunnik AP, Zubkov VG. Defect crystal structure of new TiO(OH)2 hydroxide and related lithium salt Li2TiO3 // Dalt Trans. 2010. 39. P. 8168-8176.
3. Yu CL, Wang F, Cao SY, Gao DP, Hui HB, Guo YY, Wang DY. The structure of H2TO3 a short discussion on lithium recovery from salt lake brine by H2TiO3 // Dalt Trans. 2015. 44. P. 15721-15724.
4. Zhang L, Zhou J, He G, Zhou D, Tang D, Wang F. Extraction difficulty of lithium ions from various crystal planes of lithium titanate // J Wuhan Univ Technol Mater Sci Ed. 2018. 33. P. 1086-1091.
5. Bakhodir Abdullayev, Ilkham Usmanov, Murodjon Samadiy, Tianlong Deng. Lithium Recovery from Water Resources by Membrane and Adsorption Methods // International Journal of Engineering Trends and Technology. 2022. 70.
P. 319-329.
