[发明专利]一种锂离子筛吸附剂的制备方法及其产品与应用

说明书

本发明公开了一种锂离子筛吸附剂的制备方法及其产品与应用，包括以下步骤：将致孔剂、锂盐、辅助金属盐置于溶剂中，搅拌混合后，加入钛酸四丁酯，继续搅拌至溶液混合均一，得到纺丝液；将纺丝液置于静电纺丝机的溶液储存装置中，设定静电纺丝的工艺参数，接着进行电纺，得到纳米纤维；将纳米纤维干燥后，在空气气氛下进行煅烧，煅烧完毕后，得到锂离子筛前驱体；将锂离子筛前驱体在无机酸中进行搅拌反应，反应完毕后，得到锂离子筛吸附剂。本发明制备的多孔纳米纤维状锂离子筛吸附剂比表面积非常大，增大了吸附剂与溶液的接触面积，可以提高其对锂离子的吸附容量。多孔纤维状锂离子筛整体为离子筛结构，对锂离子吸附选择性高。

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及一种锂离子筛吸附剂的制备方法及其产品与应用。

背景技术

随着清洁能源的快速发展，锂的需求量越来越大。从锂矿中提取锂的工艺复杂，成本高。含锂盐湖水是重要的锂来源，然而盐湖水中含有高浓度钠、镁、钾等离子。传统溶剂萃取、离子交换、沉淀和膜分离等方法很难高选择性分离锂。锂离子筛可有效高选择性吸附分离锂离子。常用的是锰基锂离子筛，但是锰基锂离子筛存在锰的溶损现象，尤其在酸性环境中锰的溶损更严重，晶体结构被破坏，对锂离子的吸附选择性下降，循环应用的稳定性较差，锂离子的吸附容量下降。相比锰基锂离子筛，钛基锂离子筛化学稳定性更高。采用传统固相合成方法制备的钛基锂离子筛为细小颗粒，在水中容易发生聚集，大幅削弱其对锂离子吸附容量。尽管采用一些载体(包括碳材料、聚合物纳米纤维)来负载离子筛颗粒，但载体的使用使得锂离子扩散受阻和部分吸附位点被掩盖，锂离子吸附效率低。在此之前，还没有报道多孔的纤维状锂离子筛。本发明的多孔的纤维状锂离子筛整体为离子筛结构，锂离子扩散速率快、吸附容量高、选择性高。

发明内容

本发明的目的是提供一种吸附容量高、选择性高、性能稳定的锂离子筛吸附剂的制备方法及其产品与应用。

本发明这种锂离子筛吸附剂的制备方法，包括以下步骤：

1)将致孔剂、锂盐、辅助金属盐置于混合溶剂中，搅拌混合后，加入钛酸丁酯，继续搅拌至溶液混合均一，得到纺丝液；

2)将步骤1)中的纺丝液置于静电纺丝机的溶液储存装置中，设定静电纺丝的工艺参数，接着进行电纺，得到纳米纤维；

3)将步骤2)中的纳米纤维干燥后，在空气气氛下进行煅烧，煅烧完毕后，得到锂离子筛前驱体(P-LXTO-NF)；

4)将步骤3)中的锂离子筛前驱体在无机酸中进行搅拌反应，反应完毕后，得到锂离子筛吸附剂(P-HXTO-NF)。

所述简式P-LXTO-NF和P-HXTO-NF中P代表多孔结构，L代表锂，X代表辅助金属，T代表钛，O代表氧，NF代表纳米纤维。

所述步骤1)中的致孔剂为聚乙烯吡咯烷酮(PVP)、聚环氧乙烷(PEO)、聚丙交酯(PLA)、聚丙烯腈(PAN)、聚乙烯醇(PVA)中的一种；锂盐为LiAc；辅助金属盐为FeAc₂、ZrOCl₂中的一种；致孔剂、锂盐、辅助金属盐和钛酸四丁酯的质量比为7:(2～10):(0～6):(20～50)；混合溶剂由EtOH、HAc、DMF组成，三者的体积比为(50～100):(10～50):(15～60)；所述的致孔剂与混合溶剂的质量体积比为7:(90～110)g/ml。

所述步骤2)中，电纺的工艺参数为：电压3～15kV。

所述步骤3)中，煅烧温度为550～750℃，煅烧时间为3～5h。

所述步骤4)中，搅拌反应时间为0.5～1.5h。

根据所述的制备方法制备得到锂离子筛前驱体(P-LXTO-NF)和锂离子筛吸附剂(P-HXTO-NF)，其中的X为F、Z或没有，F代表Fe₂O₃，Z代表ZrO₂。