Lithium recovery from water by granulated pvc pan-titanium type lithium Ion-sieve

Abstract

Elektrikli araçların ve enerji depolama sistemlerinin artması nedeniyle lityum tüketimi ve üretim ihtiyacı artış trendindedir. Muadili olmamasından dolayı kritik element olarak sayılan lityumun büyük kısmı su kaynakları içinde çözünmüş haldedir. Bu nedenle bu çalışma katı faz değişimi yöntemi ile sentezlenmiş toz halindeki titanyum bazlı lityum iyon eleği (HTO) immobilize etmek için PVC ve PAN polimerleri ile granüle edilmiştir ve su kütlelerinden lityum geri kazanımı için test edilmiştir. Elde edilen adsorbent, PVC/PAN-HTO, FT-IR, BET, XRD ve SEM analizlerini kullanarak karakterize edilmiştir ve performansı batch adsorpsiyon çalışmalarıyla test edilmiştir. Adsorbentin lityumu tutabilmesi için ortamın bazik olması gerektiği görülmüş ve malzeme için sıfır yük noktası olarak pH 6.03 değeri bulunmuştur. Model lityum çözeltisinde 4 g/L adsorban dozajı kullanılarak pH 12'de %98.7'lik optimum lityum geri kazanım oranı elde edilirken, jeotermal suda aynı adsorban dozajı ile %91.6'lık bir geri kazanım oranı elde edildi. Psödo-birinci ve ikinci derece reaksiyon sabitleri kinetik çalışmalar tarafından ortaya konuldu. 25 °C'deki Langmuir izotermi adsorpsiyon davranışını daha iyi açıklarken maksimum adsorpsiyon kapasitesini 5.59 mg/g olarak sonuçlandırdı. Termodinamik hesaplamalar adsorpsiyonun endotermik ve kendiliğinden olduğunu gösterdi. Üç adsorpsiyon-desorpsiyon döngüsünden sonra lityum geri kazanım oranında önemli bir azalma olmadığı görüldü. Sonuçlar, granül adsorban PVC/PAN-HTO'nun lityum seçici, umut verici ve yeniden kullanılabilir olduğunu göstermektedir.

Lithium consumption and the need for production have been in rising trend due to increase in electric vehicles and energy storage systems. Lithium was nominated as a critical element, which means that it has no substitute. Also, the majority of the lithium was dissolved in brines, untouched. Therefore, this study investigated the performance of titanium-based lithium ion-sieve which was synthesized by solid-phase change method and immobilized by granulation with PVC and PAN polymers for lithium recovery from water bodies. The granulated adsorbent, PVC/PAN-HTO, was characterized by FT-IR, BET, XRD, and SEM analyses which revealed that material successfully synthesized. Moreover, batch adsorption experiments were carried out to investigate performance. Lithium recovery occurs in alkaline medium as the point of zero charge being 6.03; below this pH level, lithium stripping takes place. Optimum lithium recovery rate of 98.7% was achieved at pH 12 using a 4 g/L adsorbent dosage in model lithium solution, while in geothermal water, with the same adsorbent dosage, a recovery rate of 91.6% was attained. Kinetic study revealed the rate constants of the reaction for pseudo first and second order, while the latter fits better. Langmuir isotherm at 25 °C, which resulted maximum adsorption capacity of 5.59 mg/g, showed better fit for explanation of the adsorption behavior. Thermodynamic calculations showed that the adsorption was endothermic and spontaneous. Cycling tests showed that there was no significant decrease in lithium recovery rate after three adsorption-desorption cycles. Results indicate that the granulated adsorbent, PVC/PAN-HTO, was lithium selective, promising, and reusable.