[학위논문]이온 교환형 망간산화물 흡착제의 제조 및 리튬이온 흡착특성 Preparation of ion-exchange type manganese oxide adsorbents and their lithium adsorption properties in seawater원문보기
리튬 및 리튬 화합물은 21세기 신소재로서 각광을 받고 있으며 세라믹, 냉매흡착제, 항공ㆍ우주 재료, 촉매, 의약품 등 매우 넓은 분야에서 수요가 급증하고 있다. 이러한 리튬의 육상자원은 세계 매장량이 200～900만 톤에 불과하여 수요를 충족시킬 수 없으므로 전체적으로 2.5×1011 톤에 달하는 해수 중의 리튬 회수는 매우 중요한 과제이다. 그러나 해수 중에 녹아있는 리튬의 평균 농도는 0.17 mgL로 매우 낮아 이를 효과적으로 회수할 수 있는 기술 개발이 매우 중요하다. 지금까지 개발된 다양한 해수 중의 리튬 회수 기술들 중 가장 상업화에 근접한 기술은 흡착제를 이용한 방법이다. 매우 낮은 농도의 리튬을 효과적으로 회수하기 위해서는 ...
리튬 및 리튬 화합물은 21세기 신소재로서 각광을 받고 있으며 세라믹, 냉매흡착제, 항공ㆍ우주 재료, 촉매, 의약품 등 매우 넓은 분야에서 수요가 급증하고 있다. 이러한 리튬의 육상자원은 세계 매장량이 200～900만 톤에 불과하여 수요를 충족시킬 수 없으므로 전체적으로 2.5×1011 톤에 달하는 해수 중의 리튬 회수는 매우 중요한 과제이다. 그러나 해수 중에 녹아있는 리튬의 평균 농도는 0.17 mgL로 매우 낮아 이를 효과적으로 회수할 수 있는 기술 개발이 매우 중요하다. 지금까지 개발된 다양한 해수 중의 리튬 회수 기술들 중 가장 상업화에 근접한 기술은 흡착제를 이용한 방법이다. 매우 낮은 농도의 리튬을 효과적으로 회수하기 위해서는 리튬이온에 대한 높은 선택성과 흡착 성능이 우수한 고성능 흡착제의 개발이 관건이라 할 수 있다. 유망한 흡착제의 일례로 리튬망간산화물을 들 수 있으며 LinMn2-xO4 (1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x) 형태로 나타낼 수 있다. 리튬망간산화물에서 리튬이온이 용출되고 다시 침입하는 반응은 크게 산화환원 형태(redox type)와 이온교환 형태(ion-exchange type)로 나눌 수 있다. 이온교환 형태는 산화환원 형태와 달리 높은 화학적 안정성과 흡착특성을 나타내어 리튬이온의 흡착제로 사용하게 된다. 본 연구에서는 리튬망간산화물 흡착제의 흡착효율 향상을 목적으로 흡착제 제조시 물리적, 화학적 물성 조절이 흡착능에 미치는 영향을 조사하였다. 리튬망간산화물의 합성 방법과 열처리 온도에 따른 전구체의 결정구조, 비표면적의 변화 등이 이온체 흡착제 형성시 리튬이온의 용출특성과 리튬이온 흡착효율에 미치는 영향을 밝히고자 하였다. 또한 리튬망간산화물 중 망간 일부를 Mg, Zn로 치환하여 이들이 리튬이온 흡착특성의 변화에 미치는 영향도 조사하였다. 이러한 연구를 통하여 리튬이온에 대한 높은 선택성을 가지는 리튬망간산화물의 흡착능은 흡착제의 결정구조와 비표면적에 매우 크게 의존함을 알 수 있었다. 충분한 스피넬 구조의 형성과 높은 비표면적의 두가지 조건을 동시에 만족하는 합성 온도에서 제조된 흡착제가 가장 높은 리튬이온 흡착능을 나타내었다. 한편, 망간의 일부를 Mg, Zn로 치환한 경우에도 흡착제의 리튬이온에 대한 선택성은 유지되었으며, 결정구조나 비표면적의 영향에 의한 것 이외에도 흡착능을 높이는 효과가 관찰되었다. 이는 리튬이온에 대한 높은 선택성을 가지는 리튬망간산화물의 흡착능이 결정구조나 비표면적 같은 물리적인 특성 뿐만 아니라 성분 원소 치환과 같은 화학적 특성 변화에도 영향을 받음을 의미한다.
리튬 및 리튬 화합물은 21세기 신소재로서 각광을 받고 있으며 세라믹, 냉매흡착제, 항공ㆍ우주 재료, 촉매, 의약품 등 매우 넓은 분야에서 수요가 급증하고 있다. 이러한 리튬의 육상자원은 세계 매장량이 200～900만 톤에 불과하여 수요를 충족시킬 수 없으므로 전체적으로 2.5×1011 톤에 달하는 해수 중의 리튬 회수는 매우 중요한 과제이다. 그러나 해수 중에 녹아있는 리튬의 평균 농도는 0.17 mgL로 매우 낮아 이를 효과적으로 회수할 수 있는 기술 개발이 매우 중요하다. 지금까지 개발된 다양한 해수 중의 리튬 회수 기술들 중 가장 상업화에 근접한 기술은 흡착제를 이용한 방법이다. 매우 낮은 농도의 리튬을 효과적으로 회수하기 위해서는 리튬이온에 대한 높은 선택성과 흡착 성능이 우수한 고성능 흡착제의 개발이 관건이라 할 수 있다. 유망한 흡착제의 일례로 리튬망간산화물을 들 수 있으며 LinMn2-xO4 (1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x) 형태로 나타낼 수 있다. 리튬망간산화물에서 리튬이온이 용출되고 다시 침입하는 반응은 크게 산화환원 형태(redox type)와 이온교환 형태(ion-exchange type)로 나눌 수 있다. 이온교환 형태는 산화환원 형태와 달리 높은 화학적 안정성과 흡착특성을 나타내어 리튬이온의 흡착제로 사용하게 된다. 본 연구에서는 리튬망간산화물 흡착제의 흡착효율 향상을 목적으로 흡착제 제조시 물리적, 화학적 물성 조절이 흡착능에 미치는 영향을 조사하였다. 리튬망간산화물의 합성 방법과 열처리 온도에 따른 전구체의 결정구조, 비표면적의 변화 등이 이온체 흡착제 형성시 리튬이온의 용출특성과 리튬이온 흡착효율에 미치는 영향을 밝히고자 하였다. 또한 리튬망간산화물 중 망간 일부를 Mg, Zn로 치환하여 이들이 리튬이온 흡착특성의 변화에 미치는 영향도 조사하였다. 이러한 연구를 통하여 리튬이온에 대한 높은 선택성을 가지는 리튬망간산화물의 흡착능은 흡착제의 결정구조와 비표면적에 매우 크게 의존함을 알 수 있었다. 충분한 스피넬 구조의 형성과 높은 비표면적의 두가지 조건을 동시에 만족하는 합성 온도에서 제조된 흡착제가 가장 높은 리튬이온 흡착능을 나타내었다. 한편, 망간의 일부를 Mg, Zn로 치환한 경우에도 흡착제의 리튬이온에 대한 선택성은 유지되었으며, 결정구조나 비표면적의 영향에 의한 것 이외에도 흡착능을 높이는 효과가 관찰되었다. 이는 리튬이온에 대한 높은 선택성을 가지는 리튬망간산화물의 흡착능이 결정구조나 비표면적 같은 물리적인 특성 뿐만 아니라 성분 원소 치환과 같은 화학적 특성 변화에도 영향을 받음을 의미한다.
Lithium and its compounds become more and more important for the wide application to ceramics, refrigerant-adsorbent, aerospace material, catalyst, medicine, and energy source of nuclear fusion. Steep increase in lithium consumption demands to develop its new resources because the amount of lithium ...
Lithium and its compounds become more and more important for the wide application to ceramics, refrigerant-adsorbent, aerospace material, catalyst, medicine, and energy source of nuclear fusion. Steep increase in lithium consumption demands to develop its new resources because the amount of lithium resources in land is only 2～9 million tons. Lithium recovery from seawater is, therefore, necessary to support its demand since seawater contains totally 2.5×1011 tons of lithium. It, however, needs highly developed recovery technology because of very low lithium concentration of 0.17 mgL in seawater. A comparison between various recovery technologies reveals that one of the most developed technologies for commercialization is to use a lithium adsorbent. High selectivity to lithium and adsorption performance of the adsorbent is very important to recover the lithium from seawater. An adsorbent of great promise is lithium manganese oxide, LinMn2-xO4 (1=n=1.33, 0=x=0.33, n=1+x) in general formula. There are two types of lithium extractioninsertion reaction in lithium manganese oxides: redox type and ion-exchange type. The lithium adsorbent with chemical stability shows the reaction of ion-exchange type. This study examined the effect of physical properties of lithium manganese oxide on lithium adsorption ability for increasing the ability of the adsorbent. Physical properties of the adsorbent were controlled by synthesis method and heat-treatment temperature. The effect of chemical property change was also investigated by partial substitution of Mg and Zn for Mn. The present study showed that the adsorption ability of lithium manganese oxide was greatly affected by the specific surface area of the adsorbent. The adsorbent having both well-developed spinel structure and high specific surface area showed excellent lithium adsorption ability. The partial substitution of Mg and Zn for Mn did not have negative effect on the high selectivity to lithium of the adsorbent. The chemical property change by substitution also enhanced the lithium adsorption ability of the adsorbent without lowering the high selectivity to lithium.
Lithium and its compounds become more and more important for the wide application to ceramics, refrigerant-adsorbent, aerospace material, catalyst, medicine, and energy source of nuclear fusion. Steep increase in lithium consumption demands to develop its new resources because the amount of lithium resources in land is only 2～9 million tons. Lithium recovery from seawater is, therefore, necessary to support its demand since seawater contains totally 2.5×1011 tons of lithium. It, however, needs highly developed recovery technology because of very low lithium concentration of 0.17 mgL in seawater. A comparison between various recovery technologies reveals that one of the most developed technologies for commercialization is to use a lithium adsorbent. High selectivity to lithium and adsorption performance of the adsorbent is very important to recover the lithium from seawater. An adsorbent of great promise is lithium manganese oxide, LinMn2-xO4 (1=n=1.33, 0=x=0.33, n=1+x) in general formula. There are two types of lithium extractioninsertion reaction in lithium manganese oxides: redox type and ion-exchange type. The lithium adsorbent with chemical stability shows the reaction of ion-exchange type. This study examined the effect of physical properties of lithium manganese oxide on lithium adsorption ability for increasing the ability of the adsorbent. Physical properties of the adsorbent were controlled by synthesis method and heat-treatment temperature. The effect of chemical property change was also investigated by partial substitution of Mg and Zn for Mn. The present study showed that the adsorption ability of lithium manganese oxide was greatly affected by the specific surface area of the adsorbent. The adsorbent having both well-developed spinel structure and high specific surface area showed excellent lithium adsorption ability. The partial substitution of Mg and Zn for Mn did not have negative effect on the high selectivity to lithium of the adsorbent. The chemical property change by substitution also enhanced the lithium adsorption ability of the adsorbent without lowering the high selectivity to lithium.
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