[发明专利]2-羟甲基-12-冠醚-4改性多级孔硅材料的制备及应用

说明书

本发明属于复合材料合成技术领域，涉及锂离子吸附材料的制备，尤其涉及一种2‑羟甲基‑12‑冠醚‑4改性多级孔硅材料的制备方法。本发明先制备纳米结晶纤维素，然后以纳米结晶纤维素为硬模版，十六烷基三甲基溴化铵为软模版，利用模板法制备多级孔硅材料，最后用2‑羟甲基‑12‑冠醚‑4改性多级孔硅材料，即得。本发明还公开了将所述改性多级孔硅材料应用于碱金属离子的吸附，尤其是盐湖卤水中锂离子的吸附。本发明采用高比表面多级孔材料，极大地提高了材料的吸附容量，且制备过程简单易操作。利用本发明制得的锂离子吸附材料可以对碱金属离子，特别是锂离子进行高效、高选择性的吸附分离，为盐湖提锂产业可持续发展提供了可行性解决方案。

技术领域

本发明属于复合材料合成技术领域，涉及锂离子吸附材料的制备，尤其涉及一种2-羟甲基-12-冠醚-4改性多级孔硅材料的制备及应用。

背景技术

锂（lithium）作为“21 世纪的能源金属”在各行业有着广泛的应用，特别是在锂电池和核聚变领域具有重要用途，因此被誉为是推动世界前进的重要元素。

目前，锂元素全球总产量的80%来自于盐湖卤水，我国在西藏和青海的盐湖地区也具有丰富的卤水锂资源。其中，青海盐湖中的锂储量居全国首位，占全国已探明锂储量的90%以上，具有储量大、品位高的特点。但是，青海柴达木盆地的盐湖群卤水中锂离子与大量碱金属、碱土金属等其它离子共存。尤其是与其化学性质相近的镁离子共存，使从盐湖卤水中提取、分离锂的技术难度较大，严重制约了我国盐湖产业、特别是锂盐产业的发展。

近年来，研究人员在试图寻找新的资源来代替锂的同时，还在不断地研究从盐湖卤水中提取锂，从而使锂行业能够保持可持续发展，达到所谓的“平衡”状态。即在任何情况下，锂的需求与供给需要保持平衡，以促进我国盐湖提锂产业可持续发展。

多级孔硅材料因其具有多种孔道、极高的比表面积(≈1000 m²/g)、高空容和很好的生物相容性等特点，被广泛的应用于化工催化、吸附、生物传感器等各个技术领域。将多级孔硅材料进行表面配体改性而生成的锂离子吸附材料的开发应用，是颇具吸引力的研究之一，主要有以下两方面优点：一方面利用多级孔硅材料高容量的吸附性质，提高材料的吸附容量；另一方面，将高选择性配体嫁接到多级孔硅表面，利用高选择性配体对锂离子的选择性作用提高多级孔硅材料对锂离子吸附选择性差的缺陷，制备得到锂离子吸附材料满足了吸附材料的高选择性，高吸附容量的需求，已经成为当前吸附分离等领域的研究热点。

发明内容

针对多级孔硅材料在锂离子吸附方面的高选择性，高吸附容量的特点，本发明公开了以2-羟甲基-12-冠醚-4（2C12M4）为原料改性多级孔硅材料的制备方法并将所制备的锂离子吸附材料，应用于盐湖卤水中锂离子的吸附。

本发明的一个目的在于，公开了以2-羟甲基-12-冠醚-4（2C12M4）为原料改性多级孔硅材料的制备方法。

本发明的技术方案：2-羟甲基-12-冠醚-4改性多级孔硅材料的制备方法，先制备纳米结晶纤维素（NCC），然后以纳米结晶纤维素为硬模版，十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）为软模版，利用模板法制备多级孔硅材料，最后用2-羟甲基-12-冠醚-4（2C12M4）改性多级孔硅材料，即得。

本发明所述纳米结晶纤维素（NCC）制备，其步骤包括：

按照固液比为1g:15mL的比例将脱脂棉置于体积比为1:1的硫酸溶液中，控制温度为45℃，水解2h；加入大量水终止水解反应，静置12h；离心，控制体积不超过原硫酸体积1.5倍，渗析法调节pH约为2.4，得到质量分数约为3%的NCC，备用。

本发明所述模版法制备多级孔硅材料，步骤包括：