KR102521570B1 - 리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법 - Google Patents

리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리튬 이온 흡착제는 리튬 이온에 대한 우수한 흡착 선택도를 나타내면서도, 원료 광물로부터 리튬을 추출한 후 생성되는 잔여 광물의 재활용을 통해 얻어질 수 있어 경제성 측면에서도 유리함을 제공한다.

Description

리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법{LITHIUM ION ADSORBENT AND A METHOD FOR RECOVERING LITHIUM ION USING THE SAME}
본 발명은 리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법에 관한 것이다.
리튬에 대한 수요기 급격히 증가하고 가격이 상승함에 따라, 리튬을 함유한 소스로부터 리튬을 추출하는 방법과 그에 사용되는 재료에 대한 개발이 활발히 이루어지고 있다.
예를 들어, 특허문헌 1 (대한민국 등록특허공보 제10-0727576호, 2007.06.05)은 이온 교환 그룹과 가교 결합 구조를 갖는 이온 교환 섬유에 리튬 흡착제가 침착되어 있는 리튬 흡착용 이온 교환 필터를 개시한다.
상기 특허문헌 1에서 리튬 흡착제로는 과산화망간이 사용된다. 그러나, 과산화망간은 리튬에 대한 흡착 선택도가 낮다.
특허문헌 2 (대한민국 공개특허공보 제10-2009-056009호, 2009.06.30)는 Li1+xMn1-x-yMyO2+z 의 화학식으로 표시되는 리튬 망간 산화물 및 이를 사용한 리튬 이온의 선택적 흡착 방법을 개시한다.
상기 특허문헌 2의 리튬 망간 산화물은 리튬에 대한 흡착 성능이 우수한 것으로 알려져 있다. 그러나, 상기 리튬 망간 산화물은 그것의 제조 방법이 복잡할 뿐만 아니라 그 제조에 많은 비용이 요구된다.
또한, 상기 리튬 망간 산화물은 리튬의 흡착 및 추출 과정에서 필수적이고 반복적으로 수행되는 산 처리 공정에 의해 그 구조가 변형되고 성능이 열화하는 한계가 있다.
대한민국 등록특허공보 제10-0727576호 (2007.06.05) 대한민국 공개특허공보 제10-2009-056009호 (2009.06.30)
본 발명은 리튬 이온에 대해 우수한 흡착 선택도를 나타내는 리튬 이온 흡착제를 제공하기 위한 것이다.
그리고, 본 발명은 상기 리튬 이온 흡착제를 사용하여 리튬 이온이 함유된 수용액으로부터 리튬 이온을 회수하는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 따르면,
하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한 리튬 이온 흡착제가 제공된다:
[화학식 1]
HxLi(1-x)AlySizOaNb
상기 화학식 1에서,
N은 Na, K, Mg, Ca, S, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고,
0 < x ≤ 1.0, 0 < y ≤ 2.0, 0 < z ≤ 4.0, 0 < a ≤ 9.0, 및 0 < b ≤ 1.0이다.
그리고, 본 발명에 따르면,
20 내지 30 ℃의 온도 및 pH 7.0 내지 pH 12.0의 수소이온 농도 하에서 리튬 이온이 함유된 수용액에 제 1 항에 따른 리튬 이온 흡착제를 첨가하는 단계,
상기 리튬 이온 흡착제가 첨가된 수용액을 교반하는 단계,
이온 교환 반응에 의해 상기 수용액 내의 리튬 이온을 상기 리튬 이온 흡착제에 흡착시키는 단계, 및
상기 리튬 이온이 흡착된 리튬 이온 흡착제를 상기 수용액으로부터 회수하는 단계
를 포함하는 리튬 이온의 회수 방법이 제공된다.
이하, 발명의 구현 예들에 따른 리튬 이온 흡착제 및 이를 사용한 리튬 이온의 회수 방법에 대하여 설명한다.
본 명세서 명시적인 언급이 없는 한, 전문용어는 단지 특정 구현예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 '포함'의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 또는 성분의 부가를 제외시키는 것은 아니다.
I. 리튬 이온 흡착제
발명의 일 구현 예에 따르면, 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한 리튬 이온 흡착제가 제공된다:
[화학식 1]
HxLi(1-x)AlySizOaNb
상기 화학식 1에서,
N은 Na, K, Mg, Ca, S, Mn, Ti, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고,
0 < x ≤ 1.0, 0 < y ≤ 2.0, 0 < z ≤ 4.0, 0 < a ≤ 9.0, 및 0 < b ≤ 1.0이다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 리튬 이온에 대한 우수한 흡착 선택도를 나타낸다. 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 해수(seawater) 및 염수(brine)와 같은 수성 소스에 포함된 리튬 이온을 효과적으로 회수할 수 있는 리튬 이온 흡착제로써 사용될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 스포듀민(spodumene)과 같이 리튬을 함유한 원료 광물로부터 리튬을 추출한 후 생성되는 잔여 광물의 재활용을 통해 얻어질 수 있다
리튬 이온이 함유된 수용액에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물이 투입될 경우, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 포함된 수소와 상기 수용액에 포함된 리튬의 이온 교환 반응이 진행된다. 상기 수소와 리튬의 이온 교환 반응을 통해 상기 화학식 1로 표시되는 화합물에 리튬 이온이 흡착된다.
상기 화학식 1에서, N은 Na, K, Mg, Ca, S, Mn, Ti, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이다.
상기 화학식 1에서 x는 0 초과 1.0 이하이고, 바람직하게는 x=1.0 이다.
상기 화학식 1에서 y는 0 초과 2.0 이하이고, 바람직하게는 0.8 ≤ y ≤ 1.2, 보다 바람직하게는 y=1.0 이다.
상기 화학식 1에서 z는 0 초과 4.0 이하이고, 바람직하게는 1.5 ≤ z ≤ 2.5, 보다 바람직하게는 z=2.0 이다.
상기 화학식 1에서 a는 0 초과 9.0 이하이고, 바람직하게는 4.5 ≤ a ≤ 7.5, 보다 바람직하게는 5.5 ≤ a ≤ 6.5 이다.
상기 화학식 1에서 b는 0 초과 1.0 이하이고, 바람직하게는 0 ≤ b ≤ 0.5, 보다 바람직하게는 0 ≤ b ≤ 0.1 이다.
구체적으로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 5 내지 20 중량%의 알루미늄(Al), 20 내지 40 중량%의 규소(Si), 40 내지 60 중량%의 산소(O), 0.5 내지 2 중량%의 수소(H), 0 내지 1 중량%의 나트륨(Na), 0 내지 1 중량%의 칼륨(K), 0 내지 1 중량%의 마그네슘(Mg), 0 내지 5 중량%의 칼슘(Ca), 0 내지 1 중량%의 철(Fe), 0 내지 1 중량%의 망간(Mn), 0 내지 0.5 중량%의 티타늄(Ti), 및 0 내지 1 중량%의 리튬(Li)을 포함하는 화학 조성을 가질 수 있다.
바람직하게는, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 8 내지 13 중량%의 알루미늄(Al), 25 내지 35 중량%의 규소(Si), 50 내지 65 중량%의 산소(O), 0.1 내지 1 중량%의 수소(H), 0.01 내지 0.5 중량%의 나트륨(Na), 0.01 내지 0.5 중량%의 칼륨(K), 0.01 내지 0.1 중량%의 마그네슘(Mg), 2 내지 5 중량%의 칼슘(Ca), 0.01 내지 0.5 중량%의 철(Fe), 0.01 내지 0.5 중량%의 망간(Mn), 0.001 내지 0.1 중량%의 티타늄(Ti), 및 0.1 내지 0.5 중량%의 리튬(Li)을 포함하는 화학 조성을 가질 수 있다.
일 예로, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 이산화규소와 산화 알루미늄을 주요 성분으로 포함하는 화학 조성을 가질 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 정방정계(tetragonal crystal system)의 결정계를 가진다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물에서 정방정계를 이루는 수소 이온과 해수 및 염수와 같은 수성 소스에 포함된 리튬 이온의 이온 교환 반응을 통해 탈리(deintercalation) 및 삽입(intercalation)이 이루어진다.
한편, 상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛인 50% 체적 누적 입경(D50)을 갖는 입자이다.
구체적으로, 상기 입자의 50% 체적 누적 입경(D50)은 0.01 ㎛ 이상, 혹은 0.1 ㎛ 이상, 혹은 0.5 ㎛ 이상, 혹은 1.0 ㎛ 이상이고; 50 ㎛ 이하, 혹은 40 ㎛ 이하, 혹은 35 ㎛ 이하, 혹은 30 ㎛ 이하일 수 있다.
바람직하게는, 상기 입자의 50% 체적 누적 입경(D50)은 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛, 혹은 0.1 ㎛ 내지 40 ㎛, 혹은 0.1 ㎛ 내지 30 ㎛일 수 있다.
상기 입자의 입경이 너무 클 경우 단위 중량당 표면적이 작아 리튬 이온 흡착제의 흡착 성능이 열악해질 수 있다. 상기 입자의 입경이 너무 작을 경우 분쇄 과정이 복잡하고 비용의 소모가 크며, 흡착 과정에서 입자들이 응집되기 쉬워 리튬 이온 흡착제의 흡착 성능이 열악해질 수 있다. 그러므로, 상기 입자는 상기 범위 내에서 선택된 50% 체적 누적 입경(D50)을 갖는 것이 본 발명에 따른 효과의 발현에 유리하다.
상기 입자의 50% 체적 누적 입경(D50)은 통상적인 입도 분석기를 이용하여 해당 표준 측정법에 따라 얻어질 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 입경은 입자 사이즈 분석기(PSA, LA-960, Horiba co.)를 이용하여 관련 표준 시험법에 따라 측정될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 질소 흡착/탈착 분석에 의한 3 m2/g 내지 50 m2/g의 브루너-에메트-텔러 비표면적(SBET)을 갖는 입자이다.
구체적으로, 상기 입자의 SBET는 3.0 m2/g 이상, 혹은 5.0 m2/g 이상, 혹은 5.5 m2/g 이상, 혹은 6.0 m2/g 이상, 혹은 6.5 m2/g 이상, 혹은 7.0 m2/g 이상이고; 50.0 m2/g 이하, 혹은 45.0 m2/g 이하, 혹은 40.0 m2/g 이하, 혹은 35.0 m2/g 이하, 혹은 30.0 m2/g 이하일 수 있다.
바람직하게는, 상기 입자의 SBET는 5.0 m2/g 내지 50.0 m2/g, 혹은 5.0 m2/g 내지 45.0 m2/g, 혹은 7.0 m2/g 내지 30.0 m2/g일 수 있다.
상기 입자의 비표면적이 너무 작을 경우 리튬 이온 흡착제의 흡착 성능이 열악해질 수 있다. 상기 입자의 비표면적이 너무 클 경우 리튬 이온 흡착제의 사용 과정에서 입자가 쉽게 붕괴될 수 있어 목표로 하는 흡착 성능을 얻기 어렵다. 그러므로, 상기 입자는 상기 범위 내에서 선택된 비표면적을 갖는 것이 본 발명에 따른 효과의 발현에 유리하다.
상기 입자의 비표면적(SBET)은 통상적인 비표면적 분석기를 이용하여 해당 표준 측정법에 따라 얻어질 수 있다. 비제한적인 예로, 상기 비표면적은 비표면적 분석기(BEL Japan Inc., BELSORP-max)를 이용하여 관련 표준 시험법에 따라 측정될 수 있다.
상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 스포듀민(spodumene)과 같이 리튬을 함유한 원료 광물로부터 리튬을 추출한 후 생성되는 잔여 광물의 재활용을 통해 얻어질 수 있다.
구체적으로, 발명의 다른 일 구현 예에 따르면, (1) α-스포듀민 정광을 1000 내지 1200 ℃의 온도 하에서 하소하여 β-스포듀민을 얻는 단계; (2) 상기 단계(1)의 생성물과 황산을 혼합하여 100 내지 250 ℃의 온도 하에서 황산 리튬을 추출하는 단계; (3) 상기 단계(2)의 생성물에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 첨가하여 가열하는 단계; (4) 상기 단계(3)의 생성물로부터 침전된 침전물을 분리하는 단계; 및 (5) 상기 단계(4)의 침전물을 건조하여 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 얻는 단계를 포함하는, 리튬 이온 흡착제의 제조 방법이 제공된다.
여기서, 상기 단계(3)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
II. 리튬 이온 회수 방법
발명의 또 다른 일 구현 예에 따르면,
20 내지 30 ℃의 온도 및 pH 7.0 내지 pH 12.0의 수소이온 농도 하에서 리튬 이온이 함유된 수용액에 상기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함한 리튬 이온 흡착제를 첨가하는 단계,
상기 리튬 이온 흡착제가 첨가된 수용액을 교반하는 단계,
이온 교환 반응에 의해 상기 수용액 내의 리튬 이온을 상기 리튬 이온 흡착제에 흡착시키는 단계, 및
상기 리튬 이온이 흡착된 리튬 이온 흡착제를 상기 수용액으로부터 회수하는 단계
를 포함하는 리튬 이온의 회수 방법이 제공된다.
상기 리튬 이온 흡착제를 사용한 리튬 이온의 회수 방법은 상온 및 약염기의 조건 하에서 수행될 수 있다.
즉, 상기 리튬 이온 흡착제는 20 내지 30 ℃, 바람직하게는 30 ℃ 미만의 상온 하에서도 리튬 이온에 대한 우수한 흡착 선택도를 나타낼 수 있다.
리튬 이온의 흡착 효율 향상을 위하여, 상기 리튬 이온이 함유된 수용액은 pH 7.0 내지 pH 12.0 혹은 pH 9.0 내지 pH 11.0의 수소이온 농도로 준비되는 것이 바람직하다.
상기 리튬 이온이 함유된 수용액은 그 종류가 특별히 제한되지 않으며, 바람직하게는 해수(seawater) 또는 염수(brine)일 수 있다.
상기 조건 하에서 리튬 이온이 함유된 수용액에 상기 리튬 이온 흡착제를 첨가한 후 교반하는 단계가 수행된다.
상기 교반의 유지 시간은 특별히 제한되지 않는다. 다만, 리튬 이온의 충분한 흡착이 이루어질 수 있도록 하기 위하여, 상기 교반은 24 시간 이상, 혹은 24 시간 내지 720 시간 동안 유지될 수 있다.
상기 교반에 의해 상기 리튬 이온 흡착제의 수소와 상기 수용액의 리튬 이온의 이온 교환 반응이 이루어진다. 상기 이온 교환 반응을 통해 리튬 이온이 리튬 이온 흡착제에 흡착된다.
이어서, 상기 리튬 이온이 흡착된 리튬 이온 흡착제를 상기 수용액으로부터 회수한다.
그리고, 회수된 리튬 이온 흡착제를 별도의 공정으로 옮겨, 상기 리튬 이온 흡착제로부터 리튬 이온을 탈리(deintercalation)하여 상기 화학식 1로 표시되는 화합물로 재생하는 단계가 수행될 수 있다.
본 발명에 따른 리튬 이온 흡착제는 리튬 이온에 대한 우수한 흡착 선택도를 나타내면서도, 원료 광물로부터 리튬을 추출한 후 생성되는 잔여 광물의 재활용을 통해 얻어질 수 있어 경제성 측면에서도 유리함을 제공한다.
도 1은 제조예 1에 따른 화합물 입자에 대한 scanning electron microscopy(SEM) 이미지 [(a) 500 배 확대; (b) 2000 배 확대]이다.
도 2는 제조예 2에 따른 화합물 입자에 대한 SEM 이미지 [(a) 2000 배 확대; (b) 5000 배 확대] 이미지이다.
도 3은 (a) 제조예 1에 따른 화합물 입자에 대한 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
도 4는 시험예 6에 따른 리튬 이온 흡착 시험에서 리튬 이온의 농도 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 제시한다. 그러나 하기의 실시예들은 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명을 이들만으로 한정하는 것은 아니다.
제조예 1
(1) α-스포듀민 정광을 1000 내지 1200 ℃의 온도 하에서 하소하여 β-스포듀민을 얻는 단계; (2) 상기 단계(1)의 생성물과 황산을 혼합하여 100 내지 250 ℃의 온도 하에서 황산 리튬을 추출하는 단계; (3) 상기 단계(2)의 생성물에 수산화 칼슘(Ca(OH)2)을 첨가하여 가열하는 단계; (4) 상기 단계(3)의 생성물로부터 침전된 침전물을 분리하는 단계; 및 (5) 상기 단계(4)의 침전물을 건조하는 단계를 수행하였다.
상기 방법으로 하기 표 1의 조성을 갖는 화합물 입자(D50 = 50.0 ㎛) 1.0 kg을 제조하였다.
제조예 2
상기 제조예 1에 따른 화합물 입자(D50 = 50 ㎛) 50 g을 ZrO2 볼(입경 5 mm)과 함께 3 시간 동안 볼 밀(ball mill) 분쇄하여 D50 = 3.6 ㎛인 화합물 입자를 얻었다.
시험예 1
ICP-OES Spectrometers (Optima 7300DV)를 이용하여 상기 제조예들에 따른 화합물 입자의 화학 조성을 확인하였다. 상기 XRF는 Rh target을 활용하였으며, 30mm 직경의 홀더에 입자 분말을 장착하여 측정하였다.
중량% 제조예 1 제조예 2
Al 10.97 10.97
Si 27.47 27.47
Ca 2.94 2.94
Fe 0.06 0.06
K 0.39 0.39
Li 0.39 0.39
Mg 0.01 0.01
Mn 0.11 0.11
Na 0.13 0.13
Ti < 0.01 < 0.01
H 1.00 1.00
O 56.52 56.52
시험예 2
비표면적 분석기 (BEL Japan Inc., BELSORP-max)를 이용하여 상기 제조예들에 따른 화합물 입자에 대한 질소 흡착/탈착 브루너-에미트-텔러 비표면적(SBET)을 측정하였다. 상기 특성의 측정에 있어서, 대상 입자를 250 ℃ 하에서 4 시간 동안 가열하여 전처리하였고, 상기 분석기에 장착된 에어 오븐의 온도는 40 ℃로 유지되었다.
제조예 1 제조예 2
SBET (m2/g) 5.24 7.32
시험예 3
입자 사이즈 분석기(PSA, LA-960, Horiba co.)를 이용하여 상기 제조예들에 따른 화합물 입자의 50% 체적 누적 입경(D50)을 측정하였다.
제조예 1 제조예 2
D50 (㎛) 50.0 3.6
시험예 4
제조예 1 및 2에 따른 화합물 입자에 대해 scanning electron microscopy(SEM) 이미지를 촬영하였다.
도 1은 제조예 1에 따른 화합물 입자에 대한 scanning electron microscopy(SEM) 이미지 [(a) 500 배 확대; (b) 2000 배 확대]이다.
도 2는 제조예 2에 따른 화합물 입자에 대한 SEM 이미지 [(a) 2000 배 확대; (b) 5000 배 확대] 이미지이다.
시험예 5
X-선 회절 분석기(Bruker AXS D4-Endeavor XRD)를 이용하여, 40 kV의 인가전압 및 40 mA의 인가전류 하에서, 상기 제조예 1 및 3에 따른 화합물 입자에 대한 X-선 회절 분석을 실시하였다.
측정한 2θ의 범위는 10° 내지 90°이고, 0.05°의 간격으로 스캔하였다. 이때, 슬릿(slit)은 variable divergence slit 6 mm를 이용하였고, PMMA 홀더에 의한 백그라운드 노이즈(background noise)를 없애기 위해 크기가 큰 PMMA 홀더(직경=20 mm)를 이용하였다.
도 3은 (a) 제조예 1에 따른 화합물 입자에 대한 X-선 회절(XRD) 패턴이다.
상기 XRD 분석 결과, 제조예 1에 따른 화합물 입자는 정방정계의 결정계를 가지는 것으로 확인되었다.
시험예 6
100 ppm의 리튬 이온을 함유한 수용액을 준비하였다. 1 L 용량의 반응기에 상기 수용액 500 ml를 넣고 수산화 암모늄(NH4OH)을 첨가하여 pH 9.5의 수소이온 농도가 되도록 조절하였다. 상기 반응기에 제조예 1 또는 2에 따른 화합물 입자 5.0 g을 넣었다. 이것을 25 ℃ 하에서 교반기를 이용하여 총 28 일 동안 교반하였다.
상기 교반을 수행하는 과정에서, 시작 시점으로부터 3 일 (72 시간), 7 일(168 시간), 14 일(336 시간), 및 28 일(672 시간)이 경과한 시점에 각각 상기 화합물 입자를 회수하여 상기 화합물 입자에 흡착된 리튬 이온 농도를 측정하였다. 그 결과를 아래 표 4 및 도 4 에 나타내었다.
상기 화합물 입자에 흡착된 리튬 이온 농도는 ICP-OES Spectrometers (Optima 7300DV)를 이용하여 측정하였다.
Li 이온 (ppm) 제조예 1 제조예 2
initial 200 -
3 일 1760 2210
7 일 2630 3430
14 일 3020 3960
28 일 3100 4550
상기 표 4 및 도 4를 참고하면, 볼 밀 분쇄를 통해 입자의 평균 입경이 작고 비표면적이 큰 화합물 입자를 사용한 경우 리튬 이온의 흡착량이 빠르게 증가하였고 리튬 이온의 총 흡착량도 큰 것으로 나타났다.
시험예 7
100 ppm의 리튬(Li), 100 ppm의 마그네슘(Mg), 및 100 ppm의 소듐(Na) 이온을 함유한 수용액을 준비하였다. 1 L 용량의 반응기에 상기 수용액 500 ml를 넣고 수산화 암모늄(NH4OH)을 첨가하여 pH 9.5 의 수소이온 농도가 되도록 조절하였다. 상기 반응기에 제조예 1의 화합물 입자 5.0 g을 넣었다. 이것을 25 ℃ 하에서 교반기를 이용하여 3 일(72 시간) 동안 교반하였다.
상기 교반 후 상기 화합물 입자를 회수하여 상기 화합물 입자에 흡착된 리튬, 마그네슘 및 소듐 이온 농도를 측정하였고, 그 결과를 아래 표 5에 나타내었다. 상기 이온 농도는 ICP-OES Spectrometers (Optima 7300DV)를 이용하여 측정하였다.
이온 농도 (ppm) initial 3 일 후
리튬 (Li) 230 1620
마그네슘 (Mg) 90 190
소듐 (Na) 1080 1290
상기 표 5를 참고하면, 제조예 1의 화합물 입자는 상기 수용액에 포함된 마그네슘 이온 및 소듐 이온에 비하여 리튬 이온에 대한 흡착 효율이 우수하였다. 즉, 상기 화합물 입자는 리튬 이온에 대한 선택적 흡착 효과가 우수한 것으로 확인되었다.

Claims (7)

  1. 하기 화학식 1로 표시되고, 8 내지 13 중량%의 알루미늄(Al), 25 내지 35 중량%의 규소(Si), 50 내지 65 중량%의 산소(O), 0.1 내지 1 중량%의 수소(H), 0.01 내지 0.5 중량%의 나트륨(Na), 0.01 내지 0.5 중량%의 칼륨(K), 0.01 내지 0.1 중량%의 마그네슘(Mg), 2 내지 5 중량%의 칼슘(Ca), 0.01 내지 0.5 중량%의 철(Fe), 0.01 내지 0.5 중량%의 망간(Mn), 0.001 내지 0.1 중량%의 티타늄(Ti), 및 0.1 내지 0.5 중량%의 리튬(Li)을 포함하는 화합물인, 리튬 이온 흡착제:
    [화학식 1]
    HxLi(1-x)AlySizOaNb
    상기 화학식 1에서,
    N은 Na, K, Mg, Ca, S, Mn, Ti, 및 Fe로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원소이고,
    0 < x ≤ 1.0, 0 < y ≤ 2.0, 0 < z ≤ 4.0, 0 < a ≤ 9.0, 및 0 < b ≤ 1.0이다.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 정방정계의 결정계를 가지는, 리튬 이온 흡착제.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 0.01 ㎛ 내지 50 ㎛인 50% 체적 누적 입경(D50)을 갖는 입자인, 리튬 이온 흡착제.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 화학식 1로 표시되는 화합물은 질소 흡착/탈착 분석에 의한 3 m2/g 내지 50 m2/g의 브루너-에메트-텔러 비표면적(SBET)을 갖는 입자인, 리튬 이온 흡착제.
  6. 20 내지 30 ℃의 온도 및 pH 9.0 내지 pH 11.0의 수소이온 농도 하에서 리튬 이온이 함유된 해수(seawater) 또는 염수(brine)에 제 1 항에 따른 리튬 이온 흡착제를 첨가하는 단계,
    상기 리튬 이온 흡착제가 첨가된 수용액을 교반하는 단계,
    이온 교환 반응에 의해 상기 수용액 내의 리튬 이온을 상기 리튬 이온 흡착제에 흡착시키는 단계, 및
    상기 리튬 이온이 흡착된 리튬 이온 흡착제를 상기 수용액으로부터 회수하는 단계
    를 포함하는 리튬 이온의 회수 방법.
  7. 삭제
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