KR100896053B1 - 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제 및 그의제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 산화물인 전구체 분말을 합성하는 단계; 상기 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시키는 단계; 및 상기 전구체 분말이 충진된 세폭직물 필터를 산처리하는 단계를 포함하는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 세폭직물 필터 내부에 스피넬 구조를 갖는 이온 교환형 망간 산화물이 충진되어 이루어진 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 흡착제는 취급이 용이하며, 물리적 및 화학적 안정성이 높을 뿐 아니라, 리튬에 대한 선택적인 흡착 효율이 우수하여, 리튬 회수에 효과적인 수단으로 이용될 수 있다.

세폭직물 필터, 리튬 망간 산화물, 리튬 흡착제, 이온 교환형

Description

세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제 및 그의 제조 방법{ION-EXCHANGE TYPE LITHIUM ADSORBENT USING NARROW WEAVED FABRIC FILTER AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 세폭직물 필터 내부에 이온 교환형의 리튬 망간 산화물 분말을 충진시키고 산처리함으로써, 리튬이 용존되어 있는 수용액으로부터 리튬만을 선택적으로 흡착하여 회수할 수 있는 흡착제를 제조하는 방법 및 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제에 관한 것이다.

본 발명은 해양수산부의 해양수산연구개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제고유번호: GFB20010004, 과제명: 해수/해사중 유용광물 회수기술 개발].

리튬 및 리튬 화합물들은 현재 2차 전지 재료, 냉매 흡착제, 촉매, 의약품 등의 광범위한 분야에 이용되고 있으며, 핵융합 에너지 자원으로서 주목받고 있는 중요한 자원 중의 하나이다. 또한, 실용화를 앞두고 있는 대용량 전지, 전기 자동차 등의 기술분야에서도 리튬 및 리튬 화합물에 대한 수요는 더욱 증가할 것으로 예상되는 자원이다.

이처럼 리튬은 다양한 분야에 응용될 수 있는 중요한 자원으로서 그 중요성이 증가하고 있지만, 리튬 육상 자원의 세계 매장량이 200~900만 톤에 불과한 실정이다. 이러한 매장량 제한을 극복하기 위하여 다양한 경로로 리튬 자원을 확보하기 위한 기술에 대하여 연구가 계속되고 있으며, 그러한 연구의 일환으로 현재 해수, 간수, 리튬 배터리 폐액 등의 수용액 중에 미량으로 녹아있는 리튬을 효과적으로 회수하기 위한 연구들이 진행되고 있다.

종래의 리튬 회수 방법으로는 전기화학적 방법에 의해 리튬 이온을 환원시키거나 마그네슘 또는 알루미늄 금속으로 리튬 산화물을 환원시키는 것 등이 알려져 있으며, 또 다른 방법으로는 리튬 이온을 선택적으로 흡착하는 흡착제를 이용하여 리튬을 회수하는 방법 등이 연구되고 있다. 리튬 흡착제를 이용하는 이러한 연구들의 주된 관심은 리튬 이온에 대한 높은 선택성과 흡착/탈착 성능이 우수한 고성능 흡착제를 개발하는 것이다.

그러한 연구들의 결실로서 망간 산화물을 재료로 하여 고상 반응법 또는 겔 공법으로 리튬의 흡/탈착이 용이한 분말을 제조하는 방법이 공지되어 있고, 그러한 방법으로 제조한 분말은 리튬 2차 전지용 양극 재료, 리튬 흡착제의 재료 등으로 이용되어왔다. 그러나 분말 상태의 리튬 흡착제를 사용하는 것은 취급상 불편이 따르기 때문에 이를 성형하여 이용할 필요가 있다. 예를 들어, 대한민국 특허공개 제10-2003-9509호에 개시된 바와 같이, 분말을 알루미나 파우더와 혼합한 후, PVC와 같은 공극 형성제를 사용하여 상기 분말 및 알루미나 파우더의 혼합물을 덩어리지게 함으로써 구슬 형태로 흡착제를 제조하는 방법을 응용하여 성형할 수 있다.

그러나 상기와 같은 종래의 PVC 첨가법을 이용하여 구슬 형태로 흡착제를 제조할 경우에는, 취급은 용이한 반면, 리튬의 흡/탈착을 위한 흡착 자리가 분말 흡착제에 비해 약 30% 이상 저하되는 것으로 보고되어 있기 때문에, 리튬 흡착제로서 사용 시에 리튬 회수능이 떨어진다는 문제점이 지적되었다.

본 발명자들은 이러한 문제점을 극복하고자 우레탄 발포제를 이용한 흡착제와 허니컴 형태의 흡착제에 관한 발명을 하여 특허등록을 받은 바 있으며(특허등록 제10-0557824호 및 제10-0536957호), 이에 의하면, 분말 상태의 리튬 흡착제의 단점을 극복하여 취급이 용이하고 리튬 이온만을 선택적으로 흡착하는 리튬 흡착 성능이 우수한 리튬 흡착제를 얻을 수 있다.

그러나, 상기 흡착제에 의하더라도 낮은 수준이기는 하지만 분말 상태의 흡착제에 비하여 흡착 효율이 저하되는 문제점이 있다. 따라서, 분말 상태의 리튬 흡착제에 비하여 흡착 효율이 저하되지 않으며 선택적으로 리튬 이온만을 우수한 성능으로 흡착할 수 있을 뿐 아니라, 흡착 후 리튬의 회수를 위한 탈착 과정도 용이하게 이루어질 수 있는 새로운 형태의 리튬 흡착제에 대한 요구가 여전히 존재하는 실정이다.

본 발명은 물리적 및 화학적으로 안정하고, 취급이 용이하며, 리튬 이온만을 선택적으로 흡착할 수 있는 흡착 성능이 우수하여 효율적으로 리튬을 흡착 및 회수할 수 있는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 우수한 리튬 흡착 성능, 안정성 및 취급 용이성을 가지는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제를 용이하고 간편하게 제조할 수 있는 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있으며, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기한 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 산화물인 전구체 분말을 합성하는 단계; 상기 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시키는 단계; 및 상기 전구체 분말이 충진된 세폭직물 필터를 산처리하는 단계 를 포함하는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1

Li_nMn_2-xO₄

(식중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임)

의 전구체 분말을 합성하는 단계; 상기 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시키는 단계; 및 상기 전구체 분말이 충진된 세폭직물 필터를 산처리하는 단계를 포함하는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 세폭직물 필터 내부에 스피넬 구조를 갖는 이온 교환형 망간 산화물이 충진되어 이루어진 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제를 제공한다.

또한, 본 발명은 세폭직물 필터 내부에 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1a

H_nMn_{2 - x}O₄

(식 중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임)

의 이온 교환형 망간 산화물이 충진되어 이루어진 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제를 제공한다.

본 발명에 의한 흡착제는 이온 교환형 리튬 망간 산화물 분말을 용매투과도, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 세폭직물 필터 내부에 충진한 후, 산처리하여 이온체를 형성함으로써 제조되는 것으로, 취급이 용이할 뿐 아니라, 기존의 성형된 흡착제에 비해 탁월한 흡착 반응 자리를 제공하여 우수한 효율로 리튬 이온만을 선택적으로 흡착할 수 있으며, 흡착된 리튬 이온의 회수를 위한 탈착 과정도 용이한 효과를 갖는다.

또한, 본 발명에 따라 제조된 세폭직물 필터 형태의 이온 교환형 리튬 흡착제는 다양한 환경의 수용액 상에서 물리적 및 화학적 안정성이 뛰어나고, 리튬 이온에 대한 높은 선택성을 나타내므로, 해수, 간수, 리튬 배터리 폐액 등의 리튬이 용존되어 있는 수용액으로부터 리튬만을 선택적으로 흡착하여 분리, 회수하는데 매우 효과적으로 사용할 수 있다.

상술한 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 후술되어 있는 상세한 설명을 통하여 보다 명확해 질 것이며, 그에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

일반적으로 리튬 흡착제는 다양한 조건 및 환경의 수용액 상에서 물리적 및 화학적 안정성을 유지하여야 하며, 높은 흡착 효율을 보장할 수 있는 흡착 자리를 제공할 수 있어야 한다. 또한, 리튬 이온에 대한 높은 선택성을 유지하여 리튬 이외의 원소를 흡착하지 않아야 하며, 흡착 후 리튬의 회수를 위한 탈착 과정도 용이하게 이루어질 수 있어야 한다.

이러한 관점에서 종래 스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 산화물을 전구체로 하여 이를 산처리함으로써 화합물 내의 리튬 이온을 위상 용출시켜 수득된 결과물이 대상 용액 내에서 리튬 이온에 대한 탁월한 선택성을 나타내는 것으로 알려져 있다.

본 발명에서는 리튬 흡착제의 전구체로서 이용되는 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물을 필터 내부에 충진하여 산처리함으로써, 분말 상태의 흡착제의 문제점을 해결하고 효율적으로 리튬을 흡착 및 회수할 수 있는 리튬 흡착제로 이용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서 이용가능한 리튬 망간 산화물은 스피넬 구조를 갖는 것으로 이온 교환에 의하여 리튬 흡착제로 이용될 수 있는 것이면 제한 없이 적용될 수 있다. 좀더 바람직하게는 리튬 흡착제에 있어서 요구되는 필수적 특성을 고려하여, 리튬 이온에 대한 선택적 흡착 성능을 갖는 전구체로 알려진 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물 중에서 특히 전술한 바와 같은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1

본 발명에서는 리튬 흡착제에 있어서 요구되는 이러한 필수적 특성을 고려하여, 리튬 이온에 대한 선택적 흡착 성능을 갖는 것으로 알려진 스피넬 구조의 리튬 망간 산화물 중에서 특히 전술한 바와 같은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1

[화학식 1]

Li_nMn_{2 - x}O₄

(식중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임)

의 리튬 망간 산화물 분말을 전구체로 이용한다.

이러한 화학식 1의 리튬 망간 산화물 분말은 높은 화학적 안정성을 가지며, 이온체로 형성할 경우 리튬 이온에 대한 선택적 흡착 성능을 발휘할 수 있으므로, 리튬 흡착제의 전구체로서 본 발명에 적합하게 이용될 수 있다.

본 발명에서는 상기 화학식 1의 리튬 망간 산화물 중에서 특히 제한되는 것은 아니나, 하기 화학식 2

Li_{1 .33}Mn_{1 .67}O₄

의 리튬 망간 산화물을 이온 교환형 전구체 분말로 이용하는 것이 바람직하다.

상기 화학식 2의 이온 교환형 전구체 분말은 리튬 흡착제로 이용할 경우 리튬 흡착 효율을 최대화할 수 있으며, 취급이 용이할 뿐 아니라 흡착 후 리튬 이온 의 회수를 위한 탈착과정도 용이한 특성을 갖는다.

상기 화학식 2의 이온 교환형 전구체 분말은 하기 반응식 1

(Li)[Li_{0 .33}Mn(Ⅳ)_1.67]O₄ ↔ (H)[H_{0 .33}Mn(Ⅳ)_1.67]O₄

(식 중, ( )는 스피넬 구조 내에서의 8a 사면체 자리를 나타내고, [ ]는 스피넬 구조에서 16d 팔면체 자리를 나타냄)

과 같이 이온 교환 방식으로 리튬을 흡/탈착할 수 있어, 본 발명에 의한 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제에 특히 바람직하게 이용될 수 있다.

또한, 본 발명에 적합하게 적용될 수 있는 이온 교환형 리튬 망간 산화물의 예로는 하기 화학식 3

Li_{1 .6}Mn_{1 .6}O₄

의 리튬 망간 산화물을 들 수 있다. 상기 화학식 3의 리튬 망간 산화물은 리튬 이온에 대하여 선택적인 흡착 효율이 우수한 것으로 알려져 있다.

이러한 이온 교환형의 전구체 분말은 기술분야에서 공지된 방법에 따라 제조할 수 있으며, 예를 들면 고상 반응법 또는 겔 공법에 의하여 제조할 수 있다. 고상 반응법은 예를 들어, 리튬 화합물과 망간 화합물을 혼합한 후 고온에서 열처리함으로써 리튬 망간 산화물 분말을 형성하는 것으로, 고온고상반응법으로도 불린 다. 겔 공법은 예를 들어, 리튬 화합물과 망간 화합물을 적절한 용매에서 혼합한 후, 타르타르산 용액 또는 시트르산 용액 등을 가하여 겔화시킨 후, 건조함으로써 리튬 망간 산화물 분말을 형성하는 것이다.

상기 이온 교환형 리튬 망간 산화물 전구체 분말의 제조방법은 공지되어 있으므로, 본 발명에서는 원하는 물성이나 제조 조건에 따라 적합한 방법을 선택하여 이용할 수 있다.

본 발명에 있어서는 상기와 같은 이온 교환형의 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시킨 후, 전구체 분말이 충진된 세폭직물 필터를 산처리하여 이온체를 형성함으로써 흡착제를 제조한다.

직물을 폭에 따라 구분하여 폭이 좁은 직물을 세폭직물이라 일컬으며, 일반적으로 이용되는 재질로는 폴리에스테르, 나일론, 폴리프로필렌, 아크릴, 면 등을 들 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다. 세폭직물은 경사와 위사를 교차시켜 평직, 이중직, 삼중직 등의 방법으로 세폭직기를 이용하여 제직되는 것이 일반적이며, 이러한 구조를 이용하여 직물 필터의 하나로 이용되고 있다.

본 발명에 이용될 수 있는 세폭직물 필터는 기존에 분리막으로 이용되는 것이면 제한 없이 모두 적용될 수 있다. 특히, 이러한 세폭직물 필터는 전술한 전구체 분말을 적용시키는 대상 용매에 대하여 물리적 및 화학적 내구성이 보장되어야 하며, 그 내부에 충진된 전구체 분말이 외부의 용매로 유실되지 않아야 하며, 또한, 용매투과도가 우수하여 필터 내부로의 용매의 출입이 용이할 수 있는 것이 바람직하다. 또한, 표면의 기공 크기는 충진되는 이온 교환형 리튬 망간 산화물 전 구체 분말의 크기보다 작은 것이 분말 유실의 우려가 없어 바람직하다. 본 발명에서 이용되는 전구체 분말의 입자 크기는 일반적으로 10㎛ 정도이므로, 이러한 충진될 입자의 크기보다 작은 기공을 이루는 직물밀도를 갖는 세폭직물로 이루어진 세폭직물 필터는 특히 본 발명에 적합하게 적용될 수 있다.

이러한 관점에서 본 발명에 이용될 수 있는 세폭직물 필터의 예로는 고강력 폴리에스테르 재질의 경사(1500데니아, 192필라, 144본)와 위사(1500데니아, 192필라, 1가닥)를 이용하여 원형직기 방식에 의하여 평직 형태로 제조된 세폭직물로 이루어진 세폭직물 필터를 들 수 있다. 또한, 전구체 분말의 입자 크기를 고려할 때, 직물밀도는 약 20~25 정도가 바람직하며, 특히 21.5가 바람직하다.

본 발명에서는 이러한 용매/용질 분리에 이용되는 세폭직물 필터 내부에 전술한 전구체 분말을 충진시켜 이용하는 것을 특징으로 한다. 상기 전구체 분말의 충진 비율은 겉보기 밀도 비율 내에서 조절될 수 있으며, 충진 비율이 높을수록 본 발명에 따른 흡착제의 흡착 효율이 증가하게 된다.

상기 이온 교환형 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시킨 후, 산처리 과정을 수행한다. 이온 교환형 전구체 분말이 내부에 충진되어 있는 세폭직물 필터를 상기와 같이 산처리하면, 상기 반응식 1과 같은 반응에 의해 리튬 이온이 수소 이온으로 교환되어, 이온체(ion sieve)와 같은 원리로 대상 용액 중에 녹아 있는 리튬 이온만을 선택적으로 흡/탈착하여 용이하게 회수할 수 있는 리튬 흡착제를 제조할 수 있다.

즉, 산처리에 의하여 세폭직물 필터 내부에 충진된 상기 화학식 1 내지 3의 이온 교환형 리튬 망간 산화물 전구체는 각각 각각 화학식 1a의 이온 교환형 망간 산화물(H_nMn_2-xO₄, 식 중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임), 화학식 2a의 이온 교환형 망간 산화물(H_1.33Mn_1.67O₄) 및 화학식 3a의 이온 교환형 망간 산화물(H_{1 .6}Mn_{1 .6}O₄)의 형태로 변화하게 되며, 이온체로 작용하여 이온 교환 방식으로 리튬 이온을 흡착할 수 있게 된다.

상기 산처리는 0.3~1.0M의 산성 용액에서 1회당 22~26시간씩 3~5회 실시하는 것이 바람직하다. 산처리에 이용될 수 있는 산성 용액은 특히 제한되는 것은 아니지만, 염산 용액이 바람직하다. 또한, 전술한 이온 교환 반응 시에 리튬 이온과 수소 이온의 보다 효과적인 가역 반응을 위한 리튬홀(lithium hole)의 생성을 최대화하고, 망간 이온의 용출을 방지하기 위해서는, 산처리 단계에서 0.5M의 염산 용액을 이용하여, 1회당 24시간씩 4회 산처리를 행하는 것이 특히 바람직하다.

본 발명에 따른 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제는 용매투과도, 기계적 강도 및 내화학성이 우수한 고분자 다공성 세폭직물 필터 내부에 이온교환형 전구체 분말하고 산처리하여 이루어짐으로써, 물리적 및 화학적으로도 안정하며, 취급이 용이할 뿐 아니라 우수한 리튬 흡착 성능을 발휘할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제는 분말 상태 흡착제의 단점을 극복하면서도 흡착 자리의 저하를 제거 또는 최소화할 수 있어 리튬 이온에 대한 선택적인 흡착 효율을 높일 수 있다.

이하 실시예에 의하여 본 발명을 상세히 설명한다.

단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

LiCO₃ 및 MnCO₃를 몰비 1.33 : 1.67로 각각 교반기에 넣고 20분간 충분히 교반하여 혼합한 후, 전기로 내에서 500℃로 4시간 동안 열처리하여 Li_{1 .33}Mn_{1 .67}O₄ 전구체 분말을 합성하였다.

합성된 전구체 분말 30g을 취하여 외경 30㎜, 길이 300㎜의 세폭직물 필터에 넣었다. 이후, 도 1에서와 같이 여러 개의 세폭직물 필터를 한 틀에 고정한 뒤 PVC 재질의 서랍식 박스에 10단을 장착한 후, 0.5M 농도의 염산 용액에서 1회당 24시간씩 4회 산처리함으로써 본 발명에 따른 세폭직물 필터를 이용한 이온교환형 리튬 흡착제를 제조하였다.

실시예 2

먼저, CH₃COOLi 및 Mn(CH₃COO)₂·4H₂O를 각각 에탄올에 용해시켜 용액을 준비하였다. 이 에탄올에 용해시킨 CH₃COOLi 및 Mn(CH₃COO)₂·4H₂O를 몰비 1.33:1.67로 각각 취하여 혼합한 후 강력하게 교반하였다. 여기에 에탄올에 용해시킨 0.1M의 타르타르산 용액을 서서히 첨가하여 겔화 반응을 유도함으로써, 나노 크기로 응결 된 침전물을 수득하였다. 수득한 침전물을 70℃의 오븐에 넣고 서서히 가열하여 에탄올 성분이 완전히 제거될 때까지 건조하여 엷은 분홍색의 리튬 망간 타르타르산염(lithium manganese tartrate) 전구체를 수득하였다. 이를 200℃에서 6시간 동안 재가열하여 잔존하는 수분을 완전히 제거한 후, 500℃에서 24시간 동안 열처리하여 나노 크기의 Li_{1 .33}Mn_{1 .67}O₄ 전구체 분말을 합성하였다.

합성된 전구체 분말 30g을 취하여 외경 30㎜, 길이 300㎜의 세폭직물 필터에 넣었다. 이후, 도 1에서와 같이 여러 개의 세폭직물 필터를 한 틀에 고정한 뒤 PVC 재질의 서랍식 박스에 10단을 장착한 후, 0.5M 농도의 염산 용액에서 1회당 24시간씩 4회 산처리함으로써 본 발명에 따른 세폭직물 필터를 이용한 이온교환형 리튬 흡착제를 제조하였다.

상기 실시예 1 및 2에서 수득한 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제를 전자주사현미경을 통하여 관찰한 사진을 도 2에 나타낸다. 도 2에 도시한 바와 같이, 상기 실시예 1 및 2에서 수득한 최종 결과물은 세폭직물 필터 내부에 이온교환형 망간 산화물이 충진되어 이루어진 흡착제로서 그 흡착 반응 자리가 극대화됨으로써 분말 흡착제에 비해 흡착 효율이 전혀 저하되지 않은 매우 우수한 흡착제가 제조되었음을 알 수 있다.

좀더 명확히 본 발명에 따른 흡착제의 흡착 효율을 평가하기 위하여 상기 실 시예 1에서 수득한 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제와 분말상태의 리튬 흡착제의 흡착 효율을 비교하였다. 인공해수 시료(Na 1.07x10⁴ mg/ℓ, Mg 1.3x10³ mg/ℓ, K 0.4x10³ mg/ℓ, Ca 0.4x10³ mg/ℓ, Cl 1.68x10⁴ mg/ℓ 및 Li 0.2 mg/ℓ)에서 리튬에 대한 평형흡착량 비교 결과, 분말상태인 경우의 흡착능은 흡착제 1g 당 리튬 28.3㎎인 반면에, 세폭직물 필터를 이용한 경우의 흡착능은 흡착제 1g 당 리튬 28.3㎎으로 관찰되었다.

이러한 흡착능 측정 결과로부터 명확하게 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제는 분말상태의 높은 흡착능을 그대로 발휘하면서도, 취급이 용이할 뿐 아니라, 물리적 및 화학적 안정성도 높기 때문에 리튬에 대한 효과적인 흡착제로 적합하게 이용될 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다.

도 1은 본 발명의 실시예 1 및 2에서 수득한, 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 사진.

도 2는 본 발명의 실시예 1 및 2에서 수득한, 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 전자주사현미경 사진.

Claims (18)

1. 스피넬 구조를 갖는 리튬 망간 산화물인 전구체 분말을 합성하는 단계;

   상기 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시키는 단계; 및

   상기 전구체 분말이 충진된 세폭직물 필터를 산처리하는 단계;

   를 포함하는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
2. 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1

   [화학식 1]

   Li_nMn_{2 - x}O₄

   (식중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임)의 전구체 분말을 합성하는 단계;

   상기 전구체 분말을 세폭직물 필터 내부에 충진시키는 단계; 및

   상기 전구체 분말이 충진된 세폭직물 필터를 산처리하는 단계;

   를 포함하는 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,

   상기 화학식 1의 전구체 분말은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 2

   [화학식 2]

   Li_{1 .33}Mn_{1 .67}O₄

   의 리튬 망간 산화물인

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
4. 제1항에 있어서,

   상기 전구체 분말은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 3

   [화학식 3]

   Li_{1 .6}Mn_{1 .6}O₄

   의 리튬 망간 산화물인

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 산처리는 0.3~1.0M의 산성 용액에서 행하는 것인

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   상기 산처리는 0.3~1.0M의 산성 용액에서 1회당 22~24시간씩 3~5회 행하는 것인

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 산처리는 0.5M의 염산 용액에서 1회당 24시간씩 4회 행하는 것인

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
8. 제1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 세폭직물 필터는 폴리에스테르 재질의 경사와 위사를 사용하여 원형직기 방식에 의하여 평직 형태로 제조된 세폭직물로 이루어지는

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
9. 제8항에 있어서,

   상기 세폭직물 필터는 직물밀도 20~25의 세폭직물로 이루어지는

   세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제의 제조방법.
10. 세폭직물 필터 내부에 스피넬 구조를 갖는 이온 교환형 망간 산화물 분말이 충진되어 이루어진, 세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
11. 세폭직물 필터 내부에 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 1a

    [화학식 1a]

    H_nMn_{2 - x}O₄

    (식 중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임)

    의 이온 교환형 망간 산화물 분말이 충진되어 이루어진

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
12. 제11항에 있어서,

    상기 화학식 1a의 망간 산화물은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 2a

    [화학식 2a]

    H_{1 .33}Mn_{1 .67}O₄

    의 이온 교환형 망간 산화물 분말인

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
13. 제10항에 있어서,

    상기망간 산화물은 스피넬 구조를 갖는 하기 화학식 3a

    [화학식 2a]

    H_{1 .6}Mn_{1 .6}O₄

    의 이온 교환형 망간 산화물인

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
14. 제10항 또는 제11항에 있어서,

    상기 세폭직물 필터는 폴리에스테르 재질의 경사와 위사를 사용하여 원형직기 방식에 의하여 평직 형태로 제조된 세폭직물로 이루어지는

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
15. 제14항에 있어서,

    상기 세폭직물 필터는 직물밀도 20~25의 세폭직물로 이루어지는

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
16. 제11항에 있어서,

    상기 화학식 1a의 이온 교환형 망간 산화물은 하기 화학식 1

    [화학식 1]

    Li_nMn_{2 - x}O₄

    (식중, 1≤n≤1.33, 0≤x≤0.33, n≤1+x 임)

    의 리튬 망간 산화물 전구체를 산처리하여 얻어지는

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
17. 제12항에 있어서,

    상기 화학식 2a의 이온 교환형 망간 산화물은 하기 화학식 2

    [화학식 2]

    Li_{1 .33}Mn_{1 .67}O₄

    의 리튬 망간 산화물 전구체를 산처리하여 얻어지는

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.
18. 제13항에 있어서,

    상기 화학식 3a의 이온 교환형 망간 산화물은 하기 화학식 3

    [화학식 3]

    Li_{1 .6}Mn_{1 .6}O₄

    의 리튬 망간 산화물 전구체를 산처리하여 얻어지는

    세폭직물 필터를 이용한 이온 교환형 리튬 흡착제.

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