[发明专利]一种用于酸性体系提锂的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜的制备方法

说明书

一种用于酸性体系提锂的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜的制备方法，属于碳材料制备、表面功能化修饰和应用的技术领域，通过施加电场驱动可解决冠醚在酸性体系下因冠醚环上氧原子的质子化造成的对锂离子捕获能力减弱的问题，将氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶通过涂覆法制成工作电极，在包含高氯酸锂、氧化石墨烯、吡咯单体、氯化钾的电解液中通过脉冲电聚合技术合成氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜。通过该方法合成的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜在2 h内达到吸附平衡，吸附容量为41.05 mg g^‑1，循环吸附10次后仍能保持初始值的91.5%。此方法是一种先进的应用于酸性提锂的方法。

技术领域

本发明属于碳材料制备、表面功能化修饰和应用的技术领域，具体涉及一种用于酸性体系提锂的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜的制备方法。

背景技术

氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶拥有丰富的三维网络结构，优异的导电性，将它作为骨架材料，支撑聚吡咯的沉积拥有明显的优势。利用氧化石墨烯改善聚吡咯的电子传输性能，同时凭借π-π作用实现苯并-12冠-4醚的固定。通过脉冲电聚合技术将固定了苯并-12冠-4醚的氧化石墨烯掺杂入聚吡咯链、经周期性的电势振荡构造锂离子印迹空穴。酸性溶液会质子化苯并-12冠-4醚环中氧原子，削弱对锂离子的捕获能力，因此通过对氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜这一电活性材料施加电场驱动来补偿弥补质子化造成的弊端。此技术的进一步提升还在进行中。

发明内容

本发明针对冠醚在酸性体系下因冠醚环上氧原子的质子化造成的对锂离子捕获能力减弱的问题，提供一种用于酸性体系提锂的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜的制备方法，本发明借助氧化石墨烯的大尺寸阴离子属性改善聚吡咯的电子传输性质并赋予复合材料阳离子交换能力，同时实现冠醚的固定。在制备过程中通过脉冲电聚合技术独有的周期性电势振荡在改性的聚吡咯链上制备出锂离子的印迹空穴。本发明通过对这种电活性的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜施加电场驱动来强化冠醚因质子化而削弱的特异性识别力，旨在实现酸性条件下的提锂工艺。

本发明采用如下技术方案：

一种用于酸性体系提锂的氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜的制备方法，包括如下步骤：

第一步，工作电极的制备：

（1）氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶、聚四氟乙烯、乙炔黑溶于氮甲基吡咯烷酮中，超声形成均匀的浆液；

（2）将浆液均匀涂覆在碳布两面；

（3）将涂覆浆液的碳布置于真空烘箱中干燥，得到工作电极；

第二步，氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜的制备：

（1）将氧化石墨烯、吡咯单体、氯化钾、高氯酸钾、苯并-12-冠-4醚溶于去离子水中，超声形成均相的电解液；

（2）将工作电极浸没在电解液中，以铂片及饱和甘汞分别为对电极和参比电极，脉冲电位设置为0.8V，开时间及关时间分别为0.1s和0.5s，脉冲圈数为3000；

（3）反应完成后，将工作电极用去离子水和无水乙醇依次清洗；

（4）将清洗后的工作电极置于真空烘箱中干燥后，得到氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶锂印迹膜。

第一步中所述，氮掺杂碳微球石墨烯复合气凝胶、聚四氟乙烯、乙炔黑、氮甲基吡咯烷酮的比例为16mg：2mg：2mg：5mL。

第一步中所述超声时间为2h。

第一步中所述干燥温度为120℃，真空度为2Pa，干燥时间为12h。