Adsorbent synthesis for the recovery of lithium water resources

Abstract

Lithium is a crucial mineral for the 21st century due to its utilization in a wide range of industries. Lithium demand will increase because of car battery developments and the necessity for power storage. Investigating alternative strategies for resource recovery is the only way to fulfill this unexpected rise properly and sustainably in demand. Adsorption has been discovered to have some technological advantages over other methods. It is considerably less expensive, lacks the chemical resistance present in membranes, lacks the significant electrical demand of electrochemical approaches, as well as the restricted selectivity and challenges in integration into commercial processes. Lithium manganese oxides, also known as lithium ion-sieves, are adsorbents for lithium extraction that have remarkably high selectivity, high adsorption capacity, minimal toxicity, good chemical stability and cheap cost. They are one of the most promising inorganic adsorbents. This research emphasized on the recovery of lithium from water resources through the use of lithium manganese oxide, which were synthesized in laboratory. They were transformed into spherical beads by adding chitosan, followed by crosslinking these beads with epichlorohydrin to increase their adsorption yield, stability, and reusability. Characterization techniques such as SEM, XRD and BET were applied on the adsorbents. Results shows that the adsorbents distributed uniformly, the adsorbent powder was mesoporous, and from the adsorption studies it was found that the adsorbent worked much better in alkaline conditions such as pH 12, optimum adsorbent dosage estimated as 4 g/L and the equilibrium time measured as 10 hours. From the desorption study approximately 95% of Li desorbed for the first cycle, after the second cycle the adsorbent efficiency started to decrease.

Lityum, çeşitli endüstrilerde kullanımı nedeniyle 21. yüzyıl için çok önemli bir mineraldir. Araç akülerinin üretimi ve enerji depolama ihtiyacı lityuma olan talebin artmasına neden olmuştur. Kaynak geri kazanımı için alternatif stratejiler araştırmak, talepteki bu beklenmedik artışı doğru ve sürdürülebilir bir şekilde karşılamanın tek yoludur. Bu araştırmalar sonucu adsorpsiyonun diğer yöntemlere göre bazı teknolojik avantajları olduğu keşfedilmiştir. Bunlar önemli ölçüde daha ucuz olması, membranlarda bulunan kimyasal dirençten yoksunluğu, sınırlı seçiciliği ve endüstriyel proseslere entegrasyon zorluğunun olmaması ve elektrokimyasal tekniklerdeki gibi aşırı elektrik gereksiniminden yoksun olmasıdır. Lityum iyon elekleri olarak adlandırılan lityum manganez oksitler, lityumun çıkarılması için alışılmadık derecede yüksek seçiciliğe ve kapasiteye, düşük toksisiteye, düşük maliyete ve güçlü kimyasal kararlılığa sahip adsorbanlardır ve dolayısıyla en umut verici inorganik adsorbanlardan biridir. Bu araştırmada, lityum manganez oksit kullanılarak su kaynaklarından lityumun geri kazanılması çalışılmıştır. Bunun için laboratuvarda sentezlenen ve daha sonra kitosan katılarak küresel boncuklara dönüştürülen ve ardından bu boncukların epiklorohidrin ile çapraz bağlanması ile adsorpsiyon verimlerinin, stabilitelerinin ve tekrar kullanılabilirliklerinin arttırılması üzerinde durulmuştur. Adsorbanlar üzerinde yapılan SEM, XRD ve BET gibi karakterizasyon teknikleri sonucunda adsorbanların üniform olarak dağıldığı ve toz haldeki adsorbanın mezogözenekli olduğu görülmektedir. Adsorpsiyon çalışmalarında adsorbanın pH 12 gibi alkali koşullarda daha verimli çalıştığı ve optimum miktarın adsorpsiyon için 4 g/L olduğu bulunmuştur ve denge süresi 10 saat olarak ölçülmüştür. Desorpsiyon çalışmasının ilk döngüsünde lityumun yaklaşık %95'i geri kazanılmıştır, ancak ikinci döngüden sonra adsorban etkinliği hızla düşmüştür.