[发明专利]一种玻璃纤维为基体的锂离子筛吸附膜及其制备方法

说明书

本发明涉及一种玻璃纤维为基体的锂离子筛吸附膜及其制备方法，特别是在经过预处理的玻璃纤维上涂覆含有锂离子筛前驱体的有机硅溶胶，形成有机硅为粘合剂和成膜剂的锂离子筛前驱体膜，然后在500‑600℃下高温烧结，冷却后酸洗除去锂离子后形成玻璃纤维为基体的锂离子筛吸附膜，锂离子筛占吸附膜材料总质量的40%‑50%，粘合剂占吸附膜材料总质量的10%‑15%，其余质量为玻璃纤维，锂离子的吸附容量为30‑50mg/g。本发明采用有机硅作为锂离子筛的粘合剂和成膜材料，克服了有机粘合剂和成膜剂具有疏水性和容易堵塞传质孔道的缺陷；能够大幅降低锂离子筛的溶损，提高其使用寿命，有利于工业化应用。

技术领域

本发明涉及一种玻璃纤维为基体的锂离子筛吸附膜及其制备方法，特别是以有机硅为粘合剂和成膜剂的锂离子筛吸附膜及其制备方法，属于新能源新材料。

技术背景

锂元素在动力电池和核能等领域有着广泛的应用，市场需求量越来越大。自然界中的锂资源主要存储于海水、盐湖卤水、地热水和花岗伟晶岩型矿床中，其中矿石中锂的储量不足总储量的3%，迫切需要开发盐湖卤水、海水和地热水等稀锂液态资源。从稀溶液中提锂方法主要有沉淀法、溶剂萃取法、蒸发结晶法、煅烧浸取法、盐析法、碳化法、电渗析法和吸附法等。目前工业化的盐湖卤水提锂技术主要是沉淀法。这种工艺方法对原始卤水的要求较高，并且卤水要经过提取 K、Na、Mg和B等元素后才能进一步提锂，卤水中锂镁比的高低以及盐田的气候条件对产品质量及工艺的经济性都有较大影响。我国大多数盐湖卤水中Mg /Li很高，Li的含量较低，并不适合沉淀法提锂。离子筛吸附法被认为是最绿色和经济实用的盐湖卤水和海水提锂方法，已成为国内外液态提锂技术的重要研究方向。离子筛吸附法提锂技术的关键是制备循环性能良好的锂离子筛吸附剂。

锂离子筛是通过向无机化合物中导入模板Li⁺，经热处理成为前驱体，然后酸浸出Li⁺得到。锂离子筛根据尺寸效应和筛分效应，能在多离子共存情况下，对Li⁺离子具有特定的记忆选择性，进而将Li⁺离子同其他离子分离开来，常用于海水或卤水等富锂溶液中Li⁺的选择性提取。

目前研究最多的锂离子筛主要有锰系锂离子筛、钛系锂离子筛和掺杂系锂离子筛等。研究较多的锰系锂离子筛前驱体主要有Li_1.3Mn_1.6O₄和Li_1.6Mn_1.6O₄，其中，Li_1.6Mn_1.6O₄经过酸洗得到 MnO₂·0.5H₂O型锂离子筛，这种锂离子筛具有锰溶损率小、循环使用性能好等优点。掺杂系锂离子筛以锰系锂离子筛为基础进行掺杂改性降低Mn³⁺的含量，掺杂元素主要有Cr³⁺、Co³⁺、Al³⁺、Ni²⁺ 、Ti²⁺等。常见的钛系锂离子筛前驱体主要有尖晶石结构的Li₄Ti₅O₁₂、单斜晶系的 Li₂TiO₃ 等，与锰系锂离子筛相比，钛系锂离子筛吸附剂具有溶损率低、结构稳定、重复使用性好等优点。

锂离子筛的主要合成方法有固相烧结法、溶胶凝胶法和水热法等，通常只能得到粉末状的锂离子筛吸附剂，在实际应用上存在固液分离、淋洗和再生等许多困难。工业应用中还需要采用造粒、铸膜或负载的方法提高锂离子筛吸附剂的表面积和回收利用率。