[发明专利]一种高韧性锂离子筛复合水凝胶膜及其制备方法和在海水提锂中的应用

权利要求书

1.一种高韧性锂离子筛复合水凝胶膜，其特征在于：所述高韧性锂离子筛复合水凝胶膜为互穿凝胶包覆λ-MnO₂复合材料即λ-MnO₂@互穿凝胶复合材料，将H₂O₂滴入氢氧化锂水溶液中，将上述溶液和乙酸锰水溶液溶于甲醇溶液中，通过水热法反应获得LiMn₂O₄，通过酸洗获得λ-MnO₂；聚乙烯醇PVA溶液与十二烷基磺酸钠SDS加热反应，然后加入吡咯、制备的λ-MnO₂，与过硫酸铵APS溶液冰水浴混合，倒入模具中室温反应，得到λ-MnO₂@互穿凝胶复合膜，依次在去离子水中浸泡、H₂SO₄中浸泡，去离子水冲洗，干燥即为λ-MnO₂@互穿凝胶复合材料。

2.制备权利要求1所述高韧性锂离子筛复合水凝胶膜的方法，其特征在于：具体步骤如下：

（1）LiMn₂O₄的制备：3.45g乙酸锰溶于30mL的去离子水中得到乙酸锰水溶液，1.11g的氢氧化锂溶于30mL的去离子水中，然后缓慢将1.2mL的H₂O₂滴入氢氧化锂水溶液中，然后将两个溶液溶于100mL的甲醇溶液中并搅拌18-22min，通过水热法110℃反应12 h，得到LiMn₂O₄；

（2）λ-MnO₂的制备：步骤（1）所得到的LiMn₂O₄用0.5M HCl酸洗24h，采用去离子水、无水乙醇交替洗涤至pH为中性，之后材料在80℃下进行干燥，制备得到λ-MnO₂纳米颗粒；

（3）λ-MnO₂@互穿凝胶复合膜的制备：聚乙烯醇PVA溶于去离子水中，60℃溶胀1h，90℃溶解1h，制备成质量浓度为10%的聚乙烯醇水溶液；

1.5-4.5g质量浓度为10%的聚乙烯醇水溶液、0.6-1.8g去离子水与115.3-350mg十二烷基硫酸钠SDS混合，50℃加热搅拌1h，至气泡消失，加入70-210µL吡咯，搅拌1小时，充分溶解得到水凝胶，然后加入步骤（2）所制备的λ-MnO₂纳米颗粒，搅拌1h，得到溶液A；

将228.2-684mg的APS溶于430µL的去离子水中，得到溶液B；

溶液A与溶液B按照1:4的体积比混合，然后在冰水浴中冷却至5℃，迅速混合；将混合物倒入模具中；在室温下反应12h，得到λ-MnO₂@互穿凝胶复合膜；

（4）λ-MnO₂@互穿凝胶复合材料的获得：将所得到的λ-MnO₂@互穿凝胶复合膜去离子水中浸泡6h，在1M H₂SO₄中浸泡2h，然后去离子水冲洗，最后冷冻干燥机干燥，得到λ-MnO₂@互穿凝胶复合材料。

3.根据权利要求2所述的制备高韧性锂离子筛复合水凝胶膜的方法，其特征在于：步骤（3）溶液A中，以水凝胶与λ-MnO₂纳米颗粒的总质量为计算基准，λ-MnO₂纳米颗粒的质量比为5%-40%。

4.根据权利要求3所述的制备高韧性锂离子筛复合水凝胶膜的方法，其特征在于：步骤（3）溶液A中，以水凝胶与λ-MnO₂纳米颗粒的总质量为计算基准，λ-MnO₂纳米颗粒的质量比为5%、15%、25%或35%。

5.根据权利要求2所述的制备高韧性锂离子筛复合水凝胶膜的方法，其特征在于：步骤（3）溶液A中，以水凝胶与λ-MnO₂纳米颗粒的总质量为计算基准，λ-MnO₂纳米颗粒的质量比为25%。

6.根据权利要求2所述的制备高韧性锂离子筛复合水凝胶膜的方法，其特征在于：步骤（4）中冷冻干燥方法为以0.010mbar的真空度在-83℃的温度下冷冻干燥。