[0009] 本发明的目的是提供一种开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料，特别是在开孔泡沫玻璃上负载以纳米二氧化钛为粘合剂的锂离子筛组成填料，将其装填在吸附-解吸塔中，用以吸附分离盐湖卤水或海水中的低浓度锂离子，填料外形为规整砌块或无规则形状，单个填料等效体积为1-100cm3，孔隙率为30%-70%，密度为300-800kg/m3，锂离子筛质量占填料质量的40%-50%，纳米二氧化钛质量占填料质量的5%-10%，其余质量为开孔泡沫玻璃，填料的锂离子吸附容量为20-40mg/g；所述的开孔泡沫玻璃的气孔率为45%-90%，孔径为 0.5-2mm，密度为100-200kg/m3；所述的锂离子筛是锰系锂离子筛、钛系锂离子筛或掺杂系锂离子筛之一；所述的纳米二氧化钛粘合剂是锐钛型纳米TiO2水溶胶。
[0010] 本发明中纳米二氧化钛粘合剂是由钛盐沉淀-胶溶方法制备得到的锐钛型纳米TiO2水溶胶，溶胶粒径为5-10nm，作为锂离子筛前驱体的粘合剂、成膜剂、掺杂剂和锂离子筛的防溶损包覆剂。纳米TiO2水溶胶干燥固化形成多孔膜，不影响锂离子的传质，纳米TiO2在300-350℃下能够和开孔泡沫玻璃烧结在一起，将包覆的锂离子筛固定在开孔泡沫玻璃上。在烧结过程中纳米TiO2可以掺杂到锂离子筛分子中改善其吸脱附性能，事实上纳米TiO2本身就是良好的锂离子筛材料。
[0011] 本发明中锂离子筛前驱体是Li1.3Mn1.6O4、Li1.6Mn1.6O4 、Li4Ti5O12或Li2TiO3之一，并经过纳米TiO2的掺杂和包覆，使其具有更好的亲水性和防溶损能力。
[0012] 本发明中开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料前驱体膜烧结温度为300-350℃，低于开孔泡沫玻璃最高适用温度420℃，烧结时间为0.5-1h，既能保证开孔泡沫玻璃和纳米TiO2烧结融合在一起，又能防止开孔泡沫玻璃骨架结构高温下熔融塌陷。
[0013] 本发明中纳米TiO2具有良好的亲水性，形成的膜层是多孔性的，锂离子容易透过，从而克服了采用有机粘合剂使表面疏水和容易堵塞传质孔道的缺陷，使开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料具有很高的吸附容量和传质速度。
[0014] 本发明中开孔泡沫玻璃是以废玻璃、粉煤灰和非金属矿等为主要原料，加入发泡剂、稳泡剂、助熔剂和改性剂等，经粉碎后混合均匀形成配合料，放置在特定模具中，在加热炉内经过预热、750-900℃熔融、发泡、冷却和退火等工艺形成一种内部充满无数均匀气泡的多孔玻璃材料。开孔泡沫玻璃内部含有微小和连通的气孔，气孔率为45%-90%，孔径为 0.5-2mm，开孔泡沫玻璃的体积密度在 100-200kg/m3，它是一种性能优异的保温、吸音、防潮、防火及防腐的轻质高强绝热材料，也可用作环保过滤材料。本发明中首次选用其作为锂离子筛载体，用以制备开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料。
[0015] 本发明开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料的创新思路来源于发明人长期从事太阳电池玻璃镀膜和无机纳米材料的深入研究，与现有技术在笨重的多孔陶瓷上制备锂离子筛吸附膜完全不同，充分利用了纳米二氧化钛粒子具有较低熔点的性能，将锂离子筛烧结固定在开孔泡沫玻璃上，并不需要锂离子筛高温熔融或烧结。锂离子筛中的二氧化钛表面亲水性能良好，有利于锂离子筛的吸脱附能力发挥，克服了采用有机粘合剂容易使锂离子筛表面疏水和传质孔道堵塞的缺点。
[0016] 本发明的另一目的是提供一种泡沫玻璃负载的锂离子筛填料的制备方法，包括开孔泡沫玻璃的预处理、涂膜浆料的制备、开孔泡沫玻璃的涂膜、膜层的干燥固化、膜层的烧结固定、膜层的酸洗脱锂和锂离子筛填料的评价，具体步骤为：
[0017] （1）将开孔泡沫玻璃板切割为效体积为1-100cm3的块状，浸渍在含有质量百分浓度为0.1%-0.5%的表面活性剂和质量百分浓度为3%-5%的盐酸水溶液中0.5-2h，使开孔泡沫玻璃中的氧化钠和氧化钙为盐酸溶解，再用去离子水清洗，沥水后晾干，以提高其开孔率和表面润湿性能，所述表面活性剂是常用的阳离子表面活性剂、阴离子表面活性剂或非离子表面活性剂；
[0018] （2）向2mol/L的硫酸氧钛溶液中加入2mol/L的氨水，使溶液pH为8-9，过滤分离生成的偏钛酸沉淀，用去离子水洗涤沉淀至洗水中无硫酸根为止，将沉淀加入草酸水溶液中，在60-70℃下胶溶生成透明的纳米TiO2水溶胶，控制投料摩尔比为：硫酸氧钛：氨：草酸=1：2-2.5：0.6-0.8，用去离子水稀释得到质量百分浓度为5%的纳米TiO2水溶胶；
[0019] （3）在强烈搅拌下将粉碎到400-500目的锂离子筛前驱体粉末加入纳米TiO2水溶胶中，控制投料质量比为：二氧化钛：前驱体=1：4-9，在20-30℃下搅拌1-3小时生成锂离子筛前驱体-纳米TiO2涂膜浆料，锂离子筛前驱体涂膜浆料中固体质量浓度为15%-20%，涂膜适用期为5-10天；
[0020] （4）将经过预处理的开孔泡沫玻璃块浸渍在锂离子筛前驱体涂膜浆料中，翻动使使涂膜浆料均匀负载在开孔泡沫玻璃块的表面和孔道中，在100-150℃下烘干固化；
[0021] （5）将其转入高温炉中，在300-350℃下烧结0.5-1h，冷却后形成开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛前驱体；
[0022] （6）将其浸入0.2-1.0mol/L的盐酸溶液中，使锂离子筛前驱体中的锂离子脱附，再用去离子水清洗，得到开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料；
[0023] （7）将开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料装填在吸附塔中，循环喷淋含有200mg/L氯化锂的模拟卤水4-16h，使其达到饱和吸附，测得其吸附容量为20-40mg/g，吸脱附循环10次后吸附容量也没有明显变化。
[0024] 本发明中开孔泡沫玻璃负载的锂离子筛填料的吸附容量是采用离子色谱法测定吸附前后模拟卤水中锂离子浓度计算得出的。
[0025] 本发明所用的实验原料硫酸氧钛、氨水、草酸和氯化锂均为市售化学纯试剂。开孔泡沫玻璃是市售消音降噪用开孔泡沫玻璃板切割而成。锂离子筛前驱体Li1.3Mn1.6O4、Li1.6Mn1.6O4 、Li4Ti5O12和Li2TiO3是参照文献采用溶胶凝胶法制备得到。
[0026] 本发明的有益效果是：
[0027] （1）采用化学性能稳定、比重小和高比表面积的开孔泡沫玻璃为锂离子筛载体，容易制备大块的锂离子筛填料，容易在工业化吸附塔中推广应用；
[0028] （2）采用纳米TiO2水溶胶作为锂离子筛前驱体的粘合剂，具有烧结温度低和表面亲水性好的优点，维持了锂离子筛的吸附容量和吸脱附速度；
[0029] （3）采用纳米TiO2水溶胶掺杂和包覆锂离子筛，能够降低锂离子筛应用中的溶损和提高使用寿命。
