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技术

本发明专利技术属高分子材料制备技术领域，为解决现有锂离子筛呈粉末状,不易回收以及吸附率较低的问题,提供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，由氢氧化锂与过氧化氢通过水热法反应获得LiMn2O4，通过酸洗获得λ

【技术实现步骤摘要】
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


[0001]本专利技术属于高分子材料制备
，具体涉及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，所述高韧性锂离子筛复合水凝胶以λ
‑
MnO2作为Li
+
印迹位点，制备出高韧性多孔的λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合材料。

技术介绍

[0002]在几十年间，锂被应用在陶瓷、玻璃、可充电锂电池、核聚变燃料、储能材料等领域。随着需求量的增加，满足锂资源的提供是一个重要挑战。据相关研究表明，锂资源主要来源于矿石、盐湖和海水中，其中，海中的Li
+
含量高达2.6
×
10
14 kg，然而浓度仅为0.17ppm，与此同时，海水中还含有大量的共存碱金属离子（Na
+
、K
+
、Ca
2+
、Mg
2+
），从而给提取Li
+
带来了巨大的困难。HMO系锂离子筛具有优良的锂选择性、高的锂吸附量等，成为最受欢迎的锂吸附剂之一，尽管HMO对 Li
+
表现出优良的选择性，但应用于物理法提锂时，制约实际应用的问题在于：酸浸时 Mn 溶损较多；吸附过程中粉末易流失；吸附时间较长。

技术实现思路

[0003]本专利技术为了解决现有锂离子筛呈粉末状,不易回收以及吸附率较低的问题,提供了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，所述高韧性锂离子筛复合水凝胶为λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜。
[0004]本专利技术由如下技术方案实现的：一种高韧性锂离子筛复合水凝胶膜，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，由氢氧化锂与过氧化氢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。
[0005]制备所述高韧性锂离子筛复合水凝胶膜的方法，具体步骤如下：（1）LiMn2O4的制备：3.45g乙酸锰溶于30 mL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1.2 mL的H2O2滴入氢氧化锂水溶液中，然后将两个溶液溶于100mL甲醇溶液中并搅拌18
‑
22 min，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
‑
210
µ
L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430
ꢀµ
L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。
[0006]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%。
[0007]进一步的，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%。
[0008]优选，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%。
[0009]步骤（4）中冷冻干燥方法为以0.010 mbar的真空度在
‑
83℃的温度下冷冻干燥。
[0010]本专利技术得到了一种可再生的λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜，并研究了从Li溶液和模拟海水中的吸附Li
+
的能力，结果表明，λ
‑
MnO2的加入会反调控凝胶膜的孔洞结构，通过丰富的孔洞及亲水性，25% λ
‑
MnO2@互穿凝胶的吸附含量可以高达21.6 mg/g，此外，λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜具有高选择性，在模拟海水中提取力高达94.1%，同时在5次吸附
‑
解附循环下，仍具有较高的吸附能力。
附图说明
[0011]图1为三维多孔结构的25% λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜的SEM图；图2为25%λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜的EDS图；图3为25%λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜的实物照片；图4为λ
‑
MnO2颗粒和不同λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜对锂离子吸附量随浓度变化的曲线图；图5为25% λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜的循环性；图6为25% λ
‑
MnO2@互穿凝胶复合膜的人工海水选择性。
具体实施方式
[0012]为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0013]实施例1：一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
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，由氢氧化锂与过氧化氢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30 mL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1.2 mL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
‑
22 min，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
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MnO2纳米颗粒；（3）λ
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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
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4.5g质量浓度为10%的聚乙烯醇水溶液、0.6
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1.8g去离子水与115.3
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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
‑

【专利技术属性】
技术研发人员：王美玲，刘旭光，孟志翔，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：