一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料及其制备方法技术

本发明专利技术提供了一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料及其制备方法，其制备方法包括以下步骤：（1）将二氧化硅和硅烷偶联剂加入甲苯溶液中回流，洗涤和真空干燥，得固体产物；再将固体产物与三氯甲烷和2

【技术实现步骤摘要】
一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料及其制备方法


[0001]本专利技术属于盐湖卤水锂资源分离回收
，具体涉及一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料及其制备方法。

技术介绍

[0002]锂是密度最小的金属，由于独特的物理和化学性质，它被用在众多领域，如航天、医药和锂电池等。因为便携式电子产品和新能源汽车快速发展，近几年锂资源价格和需求量急剧增长。但是根据USGS报道，全球62%的锂资源存在于盐湖卤水中。因此，从盐湖卤水中提取锂资源具有重要的经济意义和战略意义。
[0003]目前已经有大量研究报道了盐湖卤水中锂资源的回收，如萃取法、盐梯度太阳池法和吸附法等。而吸附法因为生产工艺简单，生产成本低，能源消耗更少等优势，在盐湖卤水锂资源分离和回收领域越来越受关注。部分研究者合成了尖晶石结构的锰基吸附剂（H
1.6
Mn
1.6
O4、HMn2O4、H4Mn5O
12
等），该类型吸附剂报道最大吸附容量达到40 mg/g，由于尖晶石结构对Li(Ι)有特异性选择作用，在盐湖卤水中金属离子分配系数Kd，Li(Ι)>Mg(II)>Ca(II)>K(Ι)>Na(Ι)，它可以在盐湖卤水中选择性分离回收锂资源。现有技术中有用PVC做粘结剂，氮甲基吡咯烷酮为溶剂，用反溶剂法合成直径2
‑
3.5mm粒状PVC
‑ꢀ
H4Mn5O
12
复合材料，Li
+/>在吸附剂内进行内扩散，传质系数Kf =（1.8
‑
2.5）*10
‑
5 m/s。也有使用溶胶凝胶法合成层状H2TiO3，H2TiO3是首次在溶液pH为6.5的酸性条件下进行吸附的离子筛型吸附剂，吸附容量32.6mg/g。一些研究者为了提高吸附剂的比表面积，用水热法将H2TiO3制成纳米管状，吸附容量提高5%
‑
10%，最大吸附容量达39.43mg/g。而为了提高吸附材料在盐湖卤水中的分离效果和吸附材料的回收率，将磁性Fe3O4纳米粒子合成到层状的LiCl
·
2Al(OH)3·
nH2O（Li/Al
‑
LDHs）中，并用定量法表征吸附材料层状结构，证明了它的稳定性，虽然合成的磁性Li/Al
‑
LDHs的吸附容量从5.83 mg/g下降到3.46 mg/g，但吸附材料的回收率达到97%，提高了盐湖回收锂资源的效率。从上述报道可以发现，研究者们已经在吸附剂稳定性、吸附容量和吸附剂回收等方面做了大量工作，但这些吸附剂都是颗粒或者粉末，在吸附过程中难以回收和渗透性差。在实际生产中颗粒状吸附剂会被挤压发生破碎，使吸附剂回收变得困难，成为制约吸附法被工业化应用的瓶颈。基于此，在后期开发出一种渗透性好、回收率高和易分离的吸附材料是一个重要研究方向。

技术实现思路

[0004]针对现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料及其制备方法，所得PAN
‑
CE@SiO2纳米纤维对锂离子具有特异性选择性作用，有效解决了现有技术中吸附剂难以回收、渗透性差和不易分离等问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料的制备方法，包括以下步骤：
（1）将二氧化硅和硅烷偶联剂加入甲苯溶液中回流24
‑
48h，然后依次经去离子水洗涤和真空干燥，得固体产物；再将固体产物与三氯甲烷和2
‑
羟甲基
‑
12
‑
冠
‑
4混合，并加入三氯乙酸，在40
‑
50℃温度下搅拌反应6
‑
8h，抽滤，得CE@SiO2纳米粉末；（2）将步骤（1）所得CE@SiO2纳米粉末加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中超声分散20
‑
40min，然后加入PAN纤维在85
‑
95℃温度下磁力搅拌2
‑
6h，配置成浓度为12
‑
14wt%的纺丝原液；再静电纺丝，最后在40
‑
50℃温度下真空干燥10
‑
14h，得用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料，即PAN
‑
CE@SiO2纳米纤维。
[0006]进一步，步骤（1）中，二氧化硅、硅烷偶联剂和甲苯溶液质量体积比为1
‑
2:1
‑
2:50。
[0007]进一步，步骤（1）中，二氧化硅、硅烷偶联剂和甲苯溶液质量体积比为1:1:50。
[0008]进一步，步骤（1）中，固体产物、三氯甲烷、2
‑
羟甲基
‑
12
‑
冠
‑
4和三氟乙酸质量体积比为1
‑
2:40
‑
50:1
‑
3:1
‑
3。
[0009]进一步，步骤（1）中，固体产物、三氯甲烷和2
‑
羟甲基
‑
12
‑
冠
‑
4质量体积比为1:45:1:2。
[0010]进一步，步骤（1）中，在60
‑
70℃温度下真空干燥12
‑
24h。
[0011]进一步，步骤（1）中，在65℃温度下真空干燥12h。
[0012]进一步，步骤（1）中，硅烷偶联剂为KH560。
[0013]进一步，步骤（1）中，在45℃温度下搅拌反应7h。
[0014]进一步，步骤（2）中，纺丝原液浓度为13wt%。
[0015]进一步，步骤（2）中，静电纺丝时，将纺丝原液装入10mL的针筒注射器中，选用18G针头为纺丝头，其内径为0.83mm，再将注射器装在控制纺丝液流速的微量推进泵上；纺丝过程的具体参数为：电压15kV，纺丝液流速0.25ml/min，滚筒接收装置转速为450rpm/min，接收距离为15cm。
[0016]进一步，步骤（2）中，加入PAN纤维在90℃温度下磁力搅拌4h。
[0017]进一步，在45℃温度下真空干燥12h。
[0018]采用上述用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料的制备方法制得的用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料。
[0019]综上所述，本专利技术具备以下优点：1、本专利技术所得PAN
‑
CE@SiO2纳米纤维对锂离子具有特异性选择性作用，其制备流程简单、技术难度小、生产过程中不产生多余副产物，锂回收周期短，有效解决了现有技术中吸附剂难以回收、渗透性差和不易分离等问题。
[0020]2、本专利技术采用化学接枝和静电纺丝技术，以二氧化硅为载体，将2
‑
羟甲基...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：（1）将二氧化硅和硅烷偶联剂加入甲苯溶液中回流24
‑
48h，然后依次经去离子水洗涤和真空干燥，得固体产物；再将固体产物与三氯甲烷和2
‑
羟甲基
‑
12
‑
冠
‑
4混合，并加入三氯乙酸，在40
‑
50℃温度下搅拌反应6
‑
8h，抽滤，得CE@SiO2纳米粉末；（2）将步骤（1）所得CE@SiO2纳米粉末加入到N,N
‑
二甲基甲酰胺中超声分散20
‑
40min，然后加入PAN纤维在85
‑
95℃温度下磁力搅拌2
‑
6h，配置成浓度为12
‑
14wt%的纺丝原液；再静电纺丝，最后在40
‑
50℃温度下真空干燥10
‑
14h，得用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料。2.如权利要求1所述的用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述二氧化硅、硅烷偶联剂和甲苯溶液质量体积比为1
‑
2:1
‑
2:50。3.如权利要求1或2所述的用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述二氧化硅、硅烷偶联剂和甲苯溶液质量体积比为1:1:50。4.如权利要求1所述的用于吸附锂离子的含冠醚载体纳米纤维材料的制备方法，其特征在于，步骤（1）中，所述固体产物、三氯甲烷、2
‑
...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑绵平，丁涛，菅金鑫，郑越，
申请(专利权)人：北京地之光企业管理有限公司，
类型：发明
国别省市：