KR20140001123A - 리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체, 및 그의 제조방법, 및 그를 이용하는 리튬 흡착제 - Google Patents

리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체, 및 그의 제조방법, 및 그를 이용하는 리튬 흡착제 Download PDF

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Abstract

본 발명은 리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체, 그의 제조방법, 그를 이용하는 리튬 흡착제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의하면 리튬흡착제의 원료로서 유용한 전이금속이 포함된 리튬-망간 흡착제용 전구체를 단시간에 효율 좋게 제조할 수 있다. 그리고 이 리튬-망간 흡착제용 전구체로부터 얻어진 리튬흡착제는 흡착 부위가 다량 생성될 뿐만 아니라 균질하고, 산 강도가 높아 리튬에 대한 선택적 흡착성능이 우수하다. 또 흡착속도 및 흡착용량이 매우 크며 게다가 수용액 중에서 안정하다는 장점을 가지고 있다.

Description

리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체, 및 그의 제조방법, 및 그를 이용하는 리튬 흡착제{LITHIUM-MANGANESE COMPLEX OXIDES, LITHIUM-MANGANESE ADSORPTION PRECURSOR AND METHOD FOR PREPARING THE SAME, AND LITHIUM ADSORBENT USING THE SAME}
본 발명은 리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체, 그의 제조방법 및 그를 이용하는 리튬 흡착제 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 지열수와 온천수 그리고 특별히 해수 담수화 처리 폐기수, 천일염 간수 또는 함수, 석탄회수에 들어 있는 리튬에 대하여 선택적 흡착성능이 우수하며 많은 흡착량과 빠른 흡착속도를 나타내고, 용액에서 안정하면서도 독성이 적은 리튬 흡착제를 경제적으로 제조할 수 있는 리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체, 그의 제조방법, 그를 이용하는 리튬 흡착제 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
리튬금속 및 리튬 화합물은 많은 분야, 예를 들어 충방전이 가능한 리튬2차전지, 세라믹 전자재료, 냉매흡착제, 리튬 동위원소를 이용하는 의약품 등에 이용되고 있으며, 리튬의 수요는 전기자동차에 쓰이는 대용량 전지, 알루미늄 합금재료, 핵융합 연료 등의 사용량에 따라 매우 증대할 것이다. 그렇지만 한국을 포함한 대다수 국가에서는 리튬광석자원이 부족하여 리튬금속과 리튬 화합물을 전량 수입에 의존하고 있는 것이 현상이다.
한편, 한국의 경우, 삼면을 둘러싼 해양(Li 함유량 약 0.17ppm) 중에도 미량의 리튬이 함유되어 있고, 지열수와 온천수, 그리고 특별히 해수 담수화 처리 폐기수(Li 함유량 약 0.3 ppm), 천일염 간수(Li 함유량 약 1.7 ppm), 천일염 함수(Li 함유량 약 3.2ppm), 석탄회수(Li 함유량 약 1.65 ppm)는 해수보다 무려 수십배 이상의 상당한 양의 리튬을 함유하고 있다. 따라서 이 리튬을 효율 좋게 회수하는 기술을 확립하는 것이 매우 중요하게 요구되고 있다. 이와 관련하여, 해수 등에 존재하는 리튬을 포함하는 다양한 유용 금속의 회수기술 개발에 관한 연구는 약 40여년의 역사를 갖고 있고, 미량으로 존재하는 유용 금속의 회수를 위하여 많은 연구가 이루어졌지만, 아직까지 상업화 단계에는 이르지 못하였다. 특히 해수 담수화 처리 폐기수, 천일염 간수 또는 함수, 석탄회수에서 리튬(Li)을 회수하는 방법은 연구 단계에서 머물고 있다.
지금까지 유용금속의 회수를 위하여 연구, 개발된 채취 기술로는 흡착법, 공침법, 용매추출법, 이온부선법, 이온교환법 등이 알려져 있고, 이들 중에서 상업적으로 실용화 가능성이 가장 높은 기술로는 흡착법을 꼽을 수 있다.
상기 흡착법에 이용되는 흡착제는 크게 무기계 및 유기계 흡착제로 구분할 수 있고, 높은 흡착성능 및 선택성, 그리고 빠른 흡착속도를 가지고 있다. 또한 화학적 안정성, 내구성, 낮은 독성 및 경제성 등의 다양한 요소에서 우수할 것이 요구된다.
특히, 리튬에 대해 선택적으로 흡착하는 경우에, 리튬을 함유하는 망간 산화물을 전구체로 이용한 것이 리튬 흡착제로서 우수하다는 것이 인정되어 희박용액으로부터 리튬 채취용 흡착제로서의 응용이 기대되고 있다.
그러나, 종래 이용되는 리튬 흡착제의 전구체에 있어서, 좀더 선택적 흡착성능이 우수하며 많은 흡착량과 빠른 흡착속도를 나타내고, 용액에서 안정하면서도 독성이 적은 리튬 흡착제를 경제적으로 제조할 수 있는 전구체로 이용될 수 있는 물질에 관한 요구는 여전히 존재한다.
본 발명은 선택적 흡착성능이 우수하며 많은 흡착량과 빠른 흡착속도를 나타내고, 용액에서 안정하면서도 독성이 적은 리튬 흡착제를 경제적으로 제조할 수 있는, 리튬-망간 복합 산화물, 리튬-망간 흡착제용 전구체 및 이들의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 리튬-망간 복합 산화물 및 리튬-망간 흡착제용 전구체에서 리튬을 탈리시킨 리튬 흡착제 및 그 제조방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 하기 화학식 1로 나타내어지는 리튬-망간 복합 산화물, 및 화학식 2로 나타내어지는 리튬-망간 흡착제용 전구체를 제공한다.
[화학식 1]
LixMyMnzO2
(상기 식에서, M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 0.5≤x≤1.6, 0<y≤0.4 및 0.1≤z≤1.6 이다)
[화학식 2]
LixMyMnzO4
(상기 식에서, M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 1≤x≤1.6, 0<y≤0.5 및 1.1≤z≤1.6 이며, y+z≤1.6 이다)
또한, 본 발명은 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질 및 금속 원료 물질을 투입하여 반응시키는 단계를 포함하는 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질 및 금속 원료 물질을 투입하여 반응시켜 리튬-망간 복합 산화물을 제조하는 단계; 및 상기 단계에서 생성된 복합 산화물을 열처리하는 단계를 포함하는 리튬-망간 흡착제용 전구체를 제조하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 리튬-망간 흡착제용 전구체에서 리튬 이온이 탈리된 리튬 흡착제를 제공한다.
또한 본 발명은 상기 리튬-망간 흡착제용 전구체를 산 처리하는 단계를 포함하는 리튬 흡착제의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 리튬흡착제의 원료로서 유용한 리튬-망간 복합 산화물 및 리튬-망간 흡착제용 전구체를 단시간에 효율 좋게 제조할 수 있다. 또한, 이러한 리튬-망간 복합 산화물 및 리튬-망간 흡착제용 전구체를 이용하여 얻어진 리튬흡착제는 흡착 부위가 다량 생성되며, 균질하고 또 산 강도가 높아 리튬에 대한 선택적 흡착성능이 우수하며 리튬이 함유되어 있는 해수 담수화 처리 폐기수, 천일염 간수 또는 함수, 석탄회수와 같은 희박용액으로부터 리튬을 효율 좋게 회수할 수 있다. 또한 본 리튬 흡착제는 흡착속도 및 흡착용량이 매우 크며 수용액 중에서 안정하다는 장점을 가지고 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예로서 화학식 1의 리튬-망간 복합 산화물의 X-선 회절 패턴을 나타내는 것이다.
도 5 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예로서 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체의 X-선 회절 패턴을 나타내는 것이다.
도 11 내지 도 13은 본 발명의 일 실시예로서 본 발명의 흡착제에 의해 리튬을 흡착한 후의 X-선 회절 패턴을 나타내는 것이다.
이하, 본 발명을 좀 더 상세하게 설명한다.
본 발명은 하기 화학식 1로 나타내어지는 리튬-망간 복합 산화물에 관한 것이다.
[화학식 1]
LixMyMnzO2
(상기 식에서, M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 0.5≤x≤1.6, 0<y≤0.4 및 0.1≤z≤1.6 이다)
또한, 본 발명은 하기 화학식 2로 나타내어지는 리튬-망간 흡착제용 전구체에 관한 것이다.
[화학식 2]
LixMyMnzO4
(상기 식에서, M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 1≤x≤1.6, 0<y≤0.5 및 1.1≤z≤1.6 이며, y+z≤1.6 이다)
바람직한 일 형태로서, 본 발명의 상기 화학식 1의 리튬-망간 복합 산화물은 사방정계(Orthorhombic) 결정 구조로서 Pmnm 공간군(space group)을 가진다.
바람직한 일 형태로서, 본 발명의 리튬-망간 흡착제용 전구체는 리튬-망간 복합산화물의 사방정계(Orthorhombic) 구조에서 응스피넬(pseudo spinel)형으로 변화하는 구조를 가진다.
상기 화학식 1의 리튬-망간 복합산화물은 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질 및 금속 원료 물질을 투입하여 반응시키는 단계를 포함한 제조 방법에 의해 제조된다.
또한, 상기 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체는 상기 제조된 리튬-망간 복합 산화물을 열처리하여 제조된다. 보다 구체적으로, 상기 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체는 (i) 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질 및 금속 원료 물질을 투입하여 반응시키는 단계; 및 (ii) 상기 단계에서 생성된 물질을 열처리 하는 단계를 포함한 제조 방법에 의하여 제조된다.
본 발명에서 이용될 수 있는 리튬 원료 물질은 특히 제한되는 것은 아니나, 리튬을 함유하는 수용성 염을 이용하는 것이 바람직하다. 구체적으로는 리튬 탄산염, 리튬 수산화물, 리튬 질산염, 리튬 아세트산염 및 그들의 조합으로부터 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 리튬 원료로 이용할 수 있다.
바람직한 리튬 원료는 리튬 수산화물인 수산화리튬이다. 상기 수산화리튬은 탄산리튬과 수산화칼슘 또는 유산리튬과 수산화바륨의 복분해에 의해 얻어질 수 있는 화합물로서, 일수염 또는 무수염으로 존재하나, 본 발명에서는 어느 것을 사용하여도 무방하다.
또한, 망간 원료 물질로는 특히 제한되는 것은 아니나, 망간, 망간 산화물, 망간 수산화물 및 그들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 이용하는 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 γ-MnOOH, Mn3O4 또는 Mn2O3를 사용할 수 있다. γ-MnOOH는 유산망간(II)이나 염화망간(II)의 수용액에 과산화수소와 암모니아를 첨가해 가열함으로써 얻어질 수 있으며, 화학식 MnO(OH)로 나타내어진다. 상기 γ-MnOOH는 구체적인 일 예로서 결정성 분말 형태로 사용될 수 있다. 또한, 상기 Mn2O3 와 Mn3O4 는 구체적인 일 예로서 결정성 분말 형태로 사용될 수 있다.
나아가, 금속 원료 물질로는 상기 화학식 1 및 화학식 2의 M으로 정의된 금속, 즉, Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn인 금속, 그 산화물 및 수산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 물질을 이용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 구체적인 예로는, GeO2, Al2O3, Al(OH)3, B2O3, TiO2, VO, V2O3, V2O4, V2O5, V4O7, Cr2O3, Fe(OOH), 2CoCO33Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, ZrO2, Nb2O5, MoO3, SiO2, ZnO 등을 들 수 있고, 이외에도 상기 언급된 바와 같이, 금속 M을 포함하는 산화물, 수산화물 등이 제한없이 이용될 수 있다.
화학식 1을 따르는 본 발명에 따른 리튬-망간 복합산화물은 상기 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질과 금속 원료 물질을 투입하여 반응시켜 제조할 수 있다.
상기 제조방법에 있어서, 리튬 원료 물질이 포함되는 수성 매질은 상기 리튬 원료 물질을 수성 매질 속에 넣어 용해시키는 것에 의해 제조될 수 있는데, 이때 수성 매질로서 물 또는 물과 유기 용제의 혼합물을 사용할 수 있다. 유기 용제의 구체적인 예로서는 알콜, 아세톤 등을 사용할 수 있는데, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 수성 매질 내의 리튬 원료의 농도는 바람직하게는 10 내지 15 질량%이다. 또한, 리튬 원료 물질은 망간 원료 물질에 비해 과량으로 사용되는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로, 리튬 원료 물질은 망간 원료 물질과 대비하여 2.5 내지 4배, 보다 바람직하게는 3.0 내지 3.5배, 보다 더 바람직하게는 3.2 내지 3.3배의 양으로 사용한다.
바람직한 일 양태에서, 상기 제조 단계에서 리튬 원료 물질이 포함되는 수성 매질에 망간 원료 물질과 전이금속을 투입하여 혼합한 후, 내압용기에 장입하고, 바람직하게 100 내지 140℃, 보다 바람직하게는 110 내지 120℃의 온도 범위에서 60분 내지 24시간, 바람직하게는 120분 내지 24시간, 보다 바람직하게는 120분 내지 20시간 정도 가열장치를 이용하여 반응시킬 수 있다.
이때, 반응시간을 단축시키기 위해 박스형 전기로에서 압력용기를 사용할 수 있다. 그러한 압력용기는 예를 들어 2MPA@250℃의 압력용기일 수 있으나, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.
이러한 제조 방법에 따라 제조된 화학식 1의 리튬-망간 복합 산화물은 사방정계 결정 구조를 가지며, 구체적인 일 예로서 LixMyMnzO2 (M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 0.5≤x≤1.6, 0<y≤0.4 및 0.1≤z≤1.6) 조성을 가진다. 이러한 리튬-망간 복합 산화물은 상기 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체의 중간체로서 유용하게 사용될 수 있다.
이와 같이 얻어진 리튬-망간 복합산화물은 얻어진 자체로 상기 화학식 2의 리튬-망간-전이금속 흡착제용 전구체의 제조에 사용될 수도 있으나, 필요한 경우, 물과 같은 적절한 용매를 사용하여 세척하거나 적절한 온도(바람직하게는 50 내지 80℃)에서 건조시킨 후 상기 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체의 제조에 사용될 수 있다.
화학식 2를 따르는 본 발명에 따른 리튬-망간 흡착제용 전구체는 (i) 상기 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질과 금속 원료 물질을 투입하여 반응시키고, (ii) 이후 상기 반응에서 생성된 산물을 열처리하는 단계에 의해 제조할 수 있다.
상기 단계 (i)은 상술한 본 발명의 화학식 1의 리튬-망간 복합 산화물을 제조하는 방법과 동일하므로 이하에서는 생략한다.
상기 단계 (ii)는 상기 단계 (i)에서 얻어진 산물인 리튬-망간 복합산화물을 열처리하여 최종적으로 화학식 2의 리튬-망간 복합산화물을 제조하는 것이다. 상기 과정에서, 열처리는 300 내지 500℃, 바람직하게는 350 내지 450℃에서 수행한다. 상기 온도 범위 이외에서 열처리를 하는 경우 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체의 물리적 강도가 감소하고 화학적 안정성이 불완전하여 이후 리튬 흡착제로 사용할 때 리튬의 흡착 효능 및 선택성이 감소되는 문제가 있다. 이러한 열처리 단계에 의해 3가의 Mn이 안정한 4가의 Mn으로 변화될 수 있고, 결정화 반응이 진행되어 균일한 구조의 결정이 생성된다. 상기 열처리 시간은 적어도 10분, 바람직하게는 60분 이상, 보다 바람직하게는 2시간 내지 24시간, 보다 더 바람직하게는 4시간 내지 24시간이다.
나아가, 상기 열처리 단계는 산소 또는 공기 중에서 수행될 수 있는데, 산소 분위기 안에서 수행되는 경우에는 반응시간이 좀 더 단축될 수 있다.
이상과 같은 방법에 따라 제조된 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체는 스피넬형 구조를 가지며, 구체적인 일 예로서 LixMyMnzO4 (M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 1≤x≤1.6, 0<y≤0.5 및 1.1≤z≤1.6 이며, y+z≤1.6임)의 조성을 가진다. 이러한 리튬-망간 흡착제용 전구체는 리튬 흡착제의 전구체로서 유용하게 사용될 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체에서 리튬 이온이 탈리된 리튬 흡착제에 관한 것이다. 본 발명에 따른 리튬 흡착제는 상기 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체를 산처리 하여 상기 리튬-망간 흡착제용 전구체 중의 리튬을 용출시켜 탈리하는 공정에 의해 얻어질 수 있다. 산처리 공정은 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게 공지되어 있으므로, 본 발명에서는 이러한 공지된 방법 중에서 적절한 것을 선택하여 사용할 수 있다. 산처리에 사용되는 산성 용액은 pH 3 이하의 약산 수용액이 바람직하고, 구체적인 예로서 염산, 황산, 옥소산, 인산 등의 무기산을 들 수 있다. 산처리의 예로서, 상기 산 용액에 화학식 2의 리튬-망간 흡착제용 전구체를 수시간에서 수일간 넣어 처리할 수 있다. 구체적인 일 실시 양태로서, 본 실시예에서는 0.3M 내지 O.7M, 바람직하게는 0.4M 내지 0.6M, 보다 바람직하게는 0.45M 내지 0.55M의 염산 수용액 중에 2일 내지 5일, 바람직하게는 3일 내지 4일 동안 본 발명의 리튬-망간 흡착제용 전구체 결정을 침전시켜 처리하였다.
이와 같이 형성된 본 발명에 따른 리튬 흡착제는 리튬을 흡착할 수 있는 흡착 부위가 다량 생성되고, 균질하며 또 산 강도가 높아 리튬에 대한 선택적 흡착성능이 우수하며 석탄회수, 염수, 담수 및 해수와 같은 희박용액으로부터도 리튬을 효율 좋게 회수할 수 있다. 또 흡착속도 및 흡착용량이 매우 크며, 수용액 중에서 안정하다는 장점을 가지고 있다.
[실시예]
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의하여 더욱 상세하게 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이들만으로 한정되는 것은 아니다.
참고예 1:
1M 염화망간수용액중에 과산화수소 10 질량%를 함유한 1M 암모니아수를 첨가하여 생성하는 침전을 포집하여 노화, 물세정, 건조함으로써 γ-MnOOH을 갈색 결정체로 얻었다. 이것의 분해온도는 350℃였다.
실시예 1:
100ml 체적의 내압성 테프론 용기에 4M LiOH 수용액 80ml를 장입하고, 상기 참고예에서 수득된 γ-MnOOH 결정체와 Al2O3를 4g 넣은 후, 상기 테프론 용기를 2MPA@250℃의 오토클레이브에 넣고 가열장치(박스형 전기로)를 이용하여 120℃에서 20시간 반응시켰다. 계속해서 생성한 고체를 분별하여 물세정 한 후 70℃에서 24시간 건조하여 Li[Al0.08Mn0.92]O2에 해당하는 조성을 갖는 리튬-망간 복합 산화물을 얻었다.
이와 같이 얻어진 리튬-망간 복합 산화물의 X-선회절 패턴(Philip X’pert X-ray Diff.)을 측정하였다. 상기 X선 회절 분석은 CuKα의 X선(1.5418, 40kV/30mA)을 사용하여 10~90ㅀ의 2θ 범위에서 0.02ㅀ/1초의 주사 속도의 조건으로 실시하였다. 이에 대한 결과를 도 1에 나타내었다.
실시예 2:
상기 실시예 1의 γ-MnOOH 결정체 대신에 Mn2O3 결정체를 넣은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다. 이에 의하여 얻어진 리튬-망간 복합 산화물의 X-선회절 패턴을 도 2에 나타내었다.
실시예 3:
100ml 체적의 내압성 테프론 용기에 4M LiOH 수용액 80ml를 장입하고, γ-MnOOH 결정체 3.78g과 TiO2 결정체 0.22g을 넣은 후, 상기 테프론 용기를 2MPA@250℃의 오토클레이브에 넣고 가열장치(박스형 전기로)를 이용하여 120℃에서 24시간 반응시켰다. 계속해서 생성한 고체를 분별하여 물세정 한 후 70℃에서 24시간 건조하여 LiTi0.08Mn0.92O2에 해당하는 조성을 갖는 리튬-망간 복합 산화물을 얻었다. 이에 의하여 얻어진 리튬-망간 복합 산화물의 X-선 회절 패턴을 도 3에 나타내었다.
실시예 4 내지 7:
상기 실시예 3과 동일하나, TiO2 결정체 대신에 2CoCO33Co(OH)2 결정체(실시예 4), B2O3(실시예 5), GeO2(실시예 6), V2O3(실시예 7)를 넣었다. 이에 의하여 얻어진 리튬-망간-전이금속 복합산화물 중 실시예 4의 LiCo0.08Mn0.92O2의 X-선회절 패턴을 도 4에 나타내었다.
실시예 8 내지 13:
실시예 1의 LiAl0.08Mn0.92O2, 실시예 3의 LiTi0.08Mn0.92O2, 실시예 4의 LiCo0.08Mn0.92O2, 실시예 5의 LiB0.08Mn0.92O2, 실시예 6의 LiGe0.08Mn0.92O2, 실시예 7의 LiV0.08Mn0.92O2 각각의 리튬-망간 복합 산화물 18g을 전기로에 넣어 공기 분위기 중에 400℃에서 4시간(실시예 1의 리튬-망간 복합 산화물), 12시간(실시예 3의 리튬-망간 복합 산화물) 또는 24시간(실시예 4 내지 7의 리튬-망간 복합 산화물) 가열 후 소성함으로써 Li1.6Al0.08Mn1.52O4(실시예 8), Li1.6Ti0.08Mn1.52O4(실시예 9), Li1.6Co0.08Mn1.52O4(실시예 10), LiB0.08Mn0.92O4(실시예 11), LiGe0.08Mn0.92O4(실시예 12), LiV0.08Mn0.92O4(실시예 13)에 해당하는 조성을 각기 갖는 리튬-망간 흡착제용 전구체를 얻었다. 이에 의해 얻어진 전구체에 대한 X-선회절 패턴을 도 5 내지 10에 나타내었다.
응용예 1:
실시예 8 및 9에서 수득된 리튬-망간 흡착제용 전구체 중 Li1.6Al0.08Mn1.52O4 및 Li1.6Ti0.08Mn1.52O4 결정을 0.5M 염산수용액 중에 3일간 침전시켜 리튬을 완전히 용출한 후, 필터링 및 건조시켜 H1.6Al0.08Mn1.52O4 및 H1.6Ti0.08Mn1.52O4에 해당하는 조성을 갖는 리튬흡착제를 얻었다.
이 획득된 리튬흡착제 0.01g을 0.3 ppm이 들어 있는 해수 담수화 처리 폐기수, 0.1g을 1.7 ~ 3.2 ppm이 들어 있는 천일염 간수 또는 함수 및 1.65ppm이 들어 있는 석탄회수 각 1L에 첨가하여 6일간 혼합시켰다. 그 후 리튬흡착제를 꺼내어 X-선 회절 패턴으로 확인해 본 결과 도 11 내지 13에서와 같은 패턴을 보였다. 이러한 결과는 상기 리튬흡착제가 리튬의 흡착에 매우 효과적임을 나타낸다.

Claims (19)

  1. 하기 화학식 1로 표시되는 리튬-망간 복합 산화물:
    [화학식 1]
    LixMyMnzO2
    (상기 식에서, M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 0.5≤x≤1.6, 0<y≤0.4 및 0.1≤z≤1.6이다)
  2. 하기 화학식 2로 표시되는 리튬-망간 흡착제용 전구체:
    [화학식 2]
    LixMyMnzO4
    (상기 식에서, M=Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 또는 Zn이고, 1≤x≤1.6, 0<y≤0.5 및 1.1≤z≤1.6 이며, y+z≤1.6 이다)
  3. 리튬 원료 물질을 포함하는 수성 매질에 망간 원료 물질 및 금속 원료 물질을 투입하여 반응시키는 단계를 포함하는, 제1항에 따른 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 리튬 원료 물질은 리튬 함유 수용성 염인 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 리튬 원료 물질은 수산화리튬인 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 망간 원료 물질은 망간, 망간 산화물, 망간 수산화물 및 그 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 망간 원료 물질은 γ-MnOOH, Mn3O4 또는 Mn2O3인 리튬-망간 복합산화물의 제조방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 금속 원료 물질은 Ge, Al, B, Ti, V, Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Si 및 Zn로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속 M, 그 산화물 및 수산화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  9. 제3항에 있어서, 상기 금속 원료 물질은 GeO2, Al2O3, Al(OH)3, B2O3, TiO2, VO, V2O3, V2O4, V2O5, V4O7, Cr2O3, Fe(OOH), 2CoCO33Co(OH)2, Ni(OH)2, Cu(OH)2, ZrO2, Nb2O5, MoO3, SiO2 및 ZnO 로 이루어진 군으로부터 선택되는 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  10. 제3항에 있어서, 상기 수성 매질은 물 또는 물과 유기용제의 혼합물인 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 유기용제는 알콜 또는 아세톤인 리튬-망간 복합산화물의 제조방법.
  12. 제3항에 있어서, 상기 단계가 100 내지 140℃의 온도에서 1 내지 24시간 수행되는 것을 특징으로 하는 리튬-망간 복합 산화물의 제조방법.
  13. (i) 제1항의 리튬-망간 복합 산화물을 제조하는 단계; 및
    (ii) 상기 단계 (i)에서 생성된 리튬-망간 복합 산화물을 열처리하는 단계를 포함하는, 제2항에 따른 리튬-망간 흡착제용 전구체의 제조방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 (i) 단계는 제3항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 리튬-망간 흡착제용 전구체의 제조방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 단계 (ii)에서 300 내지 500℃의 온도로 열처리되는 것을 특징으로 하는 리튬-망간 흡착제용 전구체의 제조방법.
  16. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 리튬-망간 흡착제용 전구체에서 리튬을 탈리시킨 것을 특징으로 하는 리튬 흡착제.
  17. 제13항 내지 제15항 중 어느 한 항에 따른 리튬-망간 흡착제용 전구체를 산처리하는 단계를 포함하는 리튬 흡착제의 제조방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 산처리는 pH 3 이하의 약산인 것을 특징으로 하는 리튬 흡착제의 제조방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 약산은 염산, 황산, 옥소산 또는 인산인 리튬 흡착제의 제조방법.
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