[發明專利]一種玻璃纖維為基體的鋰離子篩吸附膜及其制備方法

有效

• 申請號: 201810013037.6
• 申請日: 2018-01-07
• 公開（公告）號: CN108114693B
• 公開（公告）日: 2020-07-17
• 發明（設計）人: 李建生;趙洋;李仕增;劉炳光;葸彥嬌;張騰;劉紅玉;張澤江;尹浩南
• 申請（專利權）人: 天津市職業大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30
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本發明涉及一種玻璃纖維為基體的鋰離子篩吸附膜及其制備方法，特別是在經過預處理的玻璃纖維上涂覆含有鋰離子篩前驅體的有機硅溶膠，形成有機硅為粘合劑和成膜劑的鋰離子篩前驅體膜，然后在500?600℃下高溫燒結，冷卻后酸洗除去鋰離子后形成玻璃纖維為基體的鋰離子篩吸附膜，鋰離子篩占吸附膜材料總質量的40%?50%，粘合劑占吸附膜材料總質量的10%?15%，其余質量為玻璃纖維，鋰離子的吸附容量為30?50mg/g。本發明采用有機硅作為鋰離子篩的粘合劑和成膜材料，克服了有機粘合劑和成膜劑具有疏水性和容易堵塞傳質孔道的缺陷；能夠大幅降低鋰離子篩的溶損，提高其使用壽命，有利于工業化應用。

技術領域

本發明涉及一種玻璃纖維為基體的鋰離子篩吸附膜及其制備方法，特別是以有機硅為粘合劑和成膜劑的鋰離子篩吸附膜及其制備方法，屬于新能源新材料。

技術背景

鋰元素在動力電池和核能等領域有著廣泛的應用，市場需求量越來越大。自然界中的鋰資源主要存儲于海水、鹽湖鹵水、地熱水和花崗偉晶巖型礦床中，其中礦石中鋰的儲量不足總儲量的3%，迫切需要開發鹽湖鹵水、海水和地熱水等稀鋰液態資源。從稀溶液中提鋰方法主要有沉淀法、溶劑萃取法、蒸發結晶法、煅燒浸取法、鹽析法、碳化法、電滲析法和吸附法等。目前工業化的鹽湖鹵水提鋰技術主要是沉淀法。這種工藝方法對原始鹵水的要求較高，并且鹵水要經過提取 K、Na、Mg和B等元素后才能進一步提鋰，鹵水中鋰鎂比的高低以及鹽田的氣候條件對產品質量及工藝的經濟性都有較大影響。我國大多數鹽湖鹵水中Mg /Li很高，Li的含量較低，并不適合沉淀法提鋰。離子篩吸附法被認為是最綠色和經濟實用的鹽湖鹵水和海水提鋰方法，已成為國內外液態提鋰技術的重要研究方向。離子篩吸附法提鋰技術的關鍵是制備循環性能良好的鋰離子篩吸附劑。

鋰離子篩是通過向無機化合物中導入模板Li⁺，經熱處理成為前驅體，然后酸浸出Li⁺得到。鋰離子篩根據尺寸效應和篩分效應，能在多離子共存情況下，對Li⁺離子具有特定的記憶選擇性，進而將Li⁺離子同其他離子分離開來，常用于海水或鹵水等富鋰溶液中Li⁺的選擇性提取。

目前研究最多的鋰離子篩主要有錳系鋰離子篩、鈦系鋰離子篩和摻雜系鋰離子篩等。研究較多的錳系鋰離子篩前驅體主要有Li_1.3Mn_1.6O₄和Li_1.6Mn_1.6O₄，其中，Li_1.6Mn_1.6O₄經過酸洗得到 MnO₂·0.5H₂O型鋰離子篩，這種鋰離子篩具有錳溶損率小、循環使用性能好等優點。摻雜系鋰離子篩以錳系鋰離子篩為基礎進行摻雜改性降低Mn³⁺的含量，摻雜元素主要有Cr³⁺、Co³⁺、Al³⁺、Ni²⁺ 、Ti²⁺等。常見的鈦系鋰離子篩前驅體主要有尖晶石結構的Li₄Ti₅O₁₂、單斜晶系的 Li₂TiO₃ 等，與錳系鋰離子篩相比，鈦系鋰離子篩吸附劑具有溶損率低、結構穩定、重復使用性好等優點。

鋰離子篩的主要合成方法有固相燒結法、溶膠凝膠法和水熱法等，通常只能得到粉末狀的鋰離子篩吸附劑，在實際應用上存在固液分離、淋洗和再生等許多困難。工業應用中還需要采用造粒、鑄膜或負載的方法提高鋰離子篩吸附劑的表面積和回收利用率。