本研究由王邹彪、姚浩然、石西昌、陈亚、徐徽等人完成，主要作者均来自中南大学冶金与环境学院。该研究以“多孔球形锰钛复合锂离子筛的制备及性能研究”为题，发表于《应用化工》（Applied Chemical Industry）期刊，发表时间为2023年4月，卷期信息为第52卷第4期。研究得到了校企合作项目的资助。

从学术背景来看，该研究属于盐湖卤水资源综合利用与功能材料制备的交叉领域，聚焦于高镁锂比盐湖卤水中锂的高选择性提取问题。我国约79%的锂资源以高镁锂比盐湖形式赋存于青海、西藏、新疆等地。由于镁和锂的化学性质相似，传统沉淀法与电化学法在高镁锂比卤水提锂过程中面临分离效率低、流程复杂等困难。相比之下，吸附法因对锂的选择性高而成为工业上主流的卤水提锂手段。在众多锂吸附材料中，锰系锂离子筛具有锂选择性好、吸附容量大等突出优势，但其在酸性解吸过程中容易发生锰的溶损，导致结构破坏和循环稳定性下降。通过掺杂和造粒处理，可以降低锰溶损、改善循环性能，同时有利于吸附剂与卤水的固液分离。该研究旨在通过悬浮聚合造粒法，以正庚烷为造孔剂，制备具有多孔球形结构的锰钛复合锂离子筛，系统考察正庚烷添加量对颗粒形貌、比表面积、机械强度和吸附性能的影响，并评价其在真实盐湖卤水中的循环吸附性能。

在实验流程方面，该研究首先采用掺杂10% Li₂TiO₃的Li₁.₆Mn₁.₆O₄粉体为活性组分，以苯乙烯为聚合单体，过氧化苯甲酰（BPO）为引发剂，正庚烷为造孔剂，通过悬浮聚合造粒法制备球形锂离子筛前驱体。具体步骤为：将氢氧化镁分散于去离子水中形成水相并加热至80 ℃，加入含有苯乙烯、BPO和正庚烷的混合液以及锂离子筛粉体，搅拌聚合反应一定时间后过滤、洗涤、干燥，得到黑褐色颗粒。随后利用索氏提取器抽提除去颗粒孔隙中残留的正庚烷，获得多孔前驱体，再用0.5 mol/L HCl溶液在25 ℃条件下转型解吸3 h，经水洗干燥得到多孔锰钛复合锂离子筛。研究中涉及的分析测试包括：利用场发射扫描电子显微镜（SEM）观察吸附剂的表观形貌，并利用EDS分析元素分布；采用全自动比表面及孔隙分析仪进行BET比表面积测定；利用颗粒强度测定仪测量粒径0.2~0.9 mm颗粒的单颗粒强度；利用电感耦合等离子体发射光谱仪（ICAP7400Radial）测定溶液中Li⁺和Mn²⁺浓度。吸附实验选择粒径0.2~0.9 mm的造粒锂离子筛，装柱后以100 mL某盐湖卤水在25 ℃下以5 r/min的蠕动泵转速循环吸附3 h，再以0.5 mol/L HCl解吸30 min进行多次循环实验。值得注意的是，吸附量计算中，由于造粒离子筛中有效成分含量为30%，公式中引入了0.3的校正因子。

研究结果显示，SEM形貌分析表明，正庚烷添加量不超过10%时，所得颗粒保持球形外貌；当正庚烷添加量超过10%后，颗粒逐渐失去规则球形结构，变为无定形或酥松状。造粒锂离子筛内部呈现丰富的多孔结构，孔径随正庚烷添加量增加而增大。其中添加5%正庚烷的样品表面疏松，大量孔洞与内部连通，Mn和Ti元素在颗粒截面分布均匀，说明前驱体在聚苯乙烯基体中分散良好。BET比表面积结果显示，未添加正庚烷时锂离子筛比表面积仅为0.170 m²/g，而添加5%正庚烷后比表面积显著增大至1.768 m²/g。颗粒强度测试表明，正庚烷添加量在5%以内时，单个颗粒平均强度稳定在4.82 N左右；当添加量超过5%后，强度随正庚烷添加量增加而降低，至17.5%时平均强度降至1.14 N。吸附实验表明，正庚烷添加量对吸附性能有显著影响：未添加正庚烷时锂吸附容量为6.63 mg/g，添加5%正庚烷后吸附容量提高至9.67 mg/g；但正庚烷添加量在5%~12.5%之间时，由于内部孔洞孔径过大导致比表面积减小，吸附容量有所降低；超过12.5%后，颗粒结构酥松、粒度变细，虽然吸附容量上升，但机械强度过低，不利于实际工业应用。循环吸附实验显示，添加5%正庚烷的球形锂离子筛在盐湖卤水中经过5次吸附-解吸循环后，锂吸附容量从10.81 mg/g降至7.90 mg/g，且在第3次循环后趋于稳定；同时锰的单次解吸溶损率稳定在0.16%以下。研究人员认为，初期锰溶损较高主要是由于离子筛制备过程中夹带的Mn³⁺在酸性解吸中发生歧化反应生成可溶性Mn²⁺；随着循环次数增加，夹带的Mn³⁺逐渐消耗，溶损率趋于稳定。

综合上述结果，该研究得出以下主要结论：第一，采用悬浮聚合造粒法，在正庚烷添加量不超过10%时，可以成功制备以聚苯乙烯为载体的球形多孔锰钛复合锂离子筛，颗粒表面与内部的多孔结构有利于锂的吸附与解吸。第二，正庚烷作为造孔剂可显著改善颗粒内部孔结构并增大比表面积，在5%添加量时比表面积提高约10倍。第三，正庚烷添加量对颗粒强度和吸附性能具有双重影响。5%以内可保持较高机械强度并提高吸附容量；超过5%后强度下降，超过10%后球形结构破坏，不利于工业应用。第四，球形锂离子筛在真实盐湖卤水中表现出良好的循环吸附稳定性，5次循环后锂吸附容量仍为7.90 mg/g，锰溶损率低于0.16%，表明其在盐湖提锂和海水提锂工业化方面具有应用潜力。

该研究的亮点在于，通过悬浮聚合造粒法结合正庚烷造孔，成功在保持球形形貌的同时构建了内部多孔结构，从而在机械强度与吸附性能之间取得平衡。研究系统考察了造孔剂添加量与颗粒形貌、强度、比表面积及吸附性能之间的定量关系，对锰钛复合锂离子筛的工程化成型和实际应用具有指导意义。此外，研究采用真实盐湖卤水而非模拟溶液进行吸附-解吸评价，所得结果更具工业参考价值。然而，研究也存在一定局限，例如未深入探讨聚苯乙烯载体的耐酸碱性及长期使用稳定性，也未对不同粒径分布对吸附动力学的影响作进一步分析。总体而言，该研究为高镁锂比盐湖卤水提锂提供了有前景的吸附剂成型方法，对推动锰系锂离子筛的工业化应用具有积极意义。