Синтез и физико-химические свойства адсорбентов на основе Li1,33Mn1,67O4

С использованием твердофазного, золь-гель и гидротермального методов синтезированы адсорбенты на основе двойных оксидов лития-марганца шпинельной структуры Li1,33Mn1,67O4. Установлено влияние способа синтеза и температуры последующей термообработки на кристаллическую структуру, фазовый состав, текстурные свойства и морфологию полученных адсорбентов. Выявлено, что образцы, полученные твердофазным и золь-гель методами и прокаленные при 600 °С, являются однофазными (Li1,33Mn1,67O4), а примесная фаза Mn2O3 образуется только при гидротермальном синтезе. С ростом температуры прокаливания от 400 до 800 °С наблюдается увеличение среднего размера кристаллитов, снижение удельной поверхности и общего объема пор. Полученные золь-гель и гидротермальным методами образцы после прокаливания при 600 °С показали наиболее высокую эффективность сорбции ионов Li+.

1. Grey, C. P. Prospects for lithium-ion batteries and beyond – a 2030 vision / C. P. Grey, D. S. Hall // Nature Communications. – 2020. – Vol. 11, N 1. – Art. 6279. https://doi.org/10.1038/s41467-020-19991-4

2. Circular economy strategies for electric vehicle batteries reduce reliance on raw materials / J. Baars [et al.] // Nature Sustainability. – 2020. – Vol. 4, N 1. – P. 71–79. https://doi.org/10.1038/s41893-020-00607-0

3. Recent advances in magnesium/lithium separation and lithium extraction technologies from salt lake brine / Y. Sun [et al.] // Separation and Purification Technology. – 2021. – Vol. 256. – Art. 117807. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2020.117807

4. Safari, S. Metal oxide sorbents for the sustainable recovery of lithium from unconventional resources / S. Safari, B. G. Lottermoser, D. S. Alessi // Applied Materials Today. – 2020. – Vol. 19. – Art. 100638. https://doi.org/10.1016/j.apmt.2020.100638

5. Darul, J. Unusual compressional behavior of lithium-manganese oxides: A case study of Li4Mn5O12 / J. Darul, W. Nowicki, P. Piszora // Journal of Physical Chemistry. – 2012. – Vol. 116, N 33. – P. 17872–17879. https://doi.org/10.1021/jp302227p

6. Sol-gel synthesis of normal spinel LiMn2O4 and its characteristics / J. H. Lei [et al.] // J. Wuhan University of Technology. – 2002. – Vol. 17, N 3. – P. 1–4. https://doi.org/10.1007/bf02838527

7. Jiang, C. From hydrated layered-spinel lithium manganite composite to high-performance spinel LiMn2O4: A novel synthesis tuned by the concentration of LiOH / C. Jiang, Z. Tang, Z. Zhang // Ceramics International. – 2017. – Vol. 43, N 15. – P. 11773–11779. https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2017.06.013

8. Lei, J.-W. Highly crystalline lithium–manganese spinel prepared by a hydrothermal process with co-solvent / J.-W. Lei, J.-I. Kim, S. Hw. Min // Journal of Power Sources. – 2011. – Vol. 196, N 3. – P. 1488–1493. https://doi.org/10.1016/j.jpowsour.2010.08.083

9. Physisorption of gases, with special reference to the evaluation of surface area and pore size distribution (IUPAC Technical Report) / M. Thommes [et al.] // Pure and Applied Chemistry. – 2015. – Vol. 87, N 9–10. – P. 1051–1069. https://doi.org/10.1515/pac-2014-1117

10. Lithium Recovery from Aqueous Resources and Batteries: A Brief Review / L. Li [et al.] // Johnson Matthey Technology Rev. – 2018. – Vol. 62, N 2. – P. 161–176. https://doi.org/10.1595/205651317x696676