[發明專利]一種鋰離子選擇性吸附膜的制備方法及其應用

有效

• 申請號: 202010861793.1
• 申請日: 2020-08-25
• 公開（公告）號: CN114100570B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 方海平
• 申請（專利權）人: 華東理工大學
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;C01D15/00;C02F1/28;C02F101/10
• 代理公司: 上海順華專利代理有限責任公司 31203
• 代理人: 李鴻儒

本發明公開了一種鋰離子選擇性吸附膜的制備方法，包括以下步驟：第一步，氧化石墨烯懸浮液的制備：氧化石墨烯懸浮液是通過氧化剝離石墨法制得的氧化石墨烯溶液，其中懸浮的石墨烯片層為單原子層厚度，約0.5～1.0nm，片層尺寸直徑為1～50μm；第二步，氧化石墨烯膜的制備：將第一步制備的氧化石墨烯懸浮液通過滴涂法、抽濾法、旋涂法等方法制備得到氧化石墨烯膜；第三步，熱還原：將第二步制備的氧化石墨烯膜經過高溫熱還原處理，得到還原氧化石墨烯膜，即所述鋰離子選擇性吸附膜。本發明的制備方法簡單，易于操作，制備的膜性質穩定、不易破裂，具有選擇性吸附鋰離子的作用。

技術領域

本發明屬于鋰離子選擇性吸附膜的制備方法以及從鹵水中提鋰的工藝技術領域，具體地說，涉及一種可以對高鎂鋰比鹵水中的鋰離子進行選擇性吸附的鋰離子選擇性吸附膜的制備方法及其應用。

背景技術

鋰被譽為“能源金屬”和“推動世界前進的金屬”，廣泛應用于鋰離子電池(Advanced Functional Materials 2017,27；Nat Mater 2017,16,572-579；Nat Commun2019,10,1081)、存儲設備(Science 2011,334,928-935；Nat Mater 2011,11,19-29)、合金技術(Nat Commun 2019,10,3428)、玻璃(Sci Rep 2019,9,16607)和陶瓷(Journal ofPower Sources 2013,228,250-255)等領域，當前鋰的應用領域還在不斷拓展，全世界對鋰的需求量正在不斷增加(Applied Energy 2013,110,252-266)。

鋰主要來自固態含鋰礦與鹵水鋰資源，全世界幾乎60％的鋰都存在于鹽湖鹵水鋰資源中，鹽湖被認為是鋰的主來來源。然而大多數鹽湖鹵水中Li⁺濃度很低，且與大量的堿金屬、堿土金屬離子共存，由于它們的化學性質相近，尤其是離子半徑與Li⁺最接近的Mg²⁺，其含量非常高，鹽湖中鎂鋰比較高(Hydrometallurgy 2018,176,73-77)，這使得從中分離提取鋰非常困難。

現有的從鹽湖鹵水中提取鋰的方法有很多種，主要有沉淀法(Green Chemistry2018,20,3121-3133)、鹽析法(Journal of Membrane Science 2016,505,167-173)、溶劑萃取(Hydrometallurgy 2017,171,27-32)和離子交換吸附法(Hydrometallurgy 2010,102,37-42；Applied Surface Science 2018,427,931-941)等。其中沉淀法產物純度低，不適用于鎂含量高的鹽湖；鹽析法總回收率低，需要在封閉條件下操作；溶液萃取需要萃取劑、萃取基和耐腐蝕材料，有污染。而吸附法工藝簡單，回收率高，從經濟和環保角度相對于其他方法都有一定的優勢，特別適合于從高鎂鋰比鹽湖鹵水中分離提取鋰。吸附法根據吸附劑的種類可分為有機離子吸附法和無機離子吸附法，有機離子吸附法一般是利用有機離子吸附劑依靠庫侖力吸附Li⁺；而無機離子吸附法是利用無機離子吸附劑對Li⁺有較高的選擇性和特定的記憶效應的特點，實現從稀Li+溶液中選擇性提鋰的方法。但是具有良好吸附性能的吸附劑多為粉末型，粒徑小，流動性、滲透性較差，溶損率較高，造粒困難，難以實現大規模工業化，且大部分吸附劑的實際鋰吸附量與其理論最大吸附量仍有一些差距，是吸附法提鋰中亟待解決的問題。

發明內容

本發明的目的是提供一種鋰離子選擇性吸附膜的制備方法，所制備的鋰離子選擇性吸附膜解決了現有技術中鋰離子吸附劑造粒困難、溶損率高、難以實現大規模工業化等技術問題，通過熱還原處理氧化石墨烯膜得到還原氧化石墨烯膜，有效的控制了還原氧化石墨烯膜的層間距，在140-180℃下熱處理得到還原氧化石墨烯膜的層間距是對鋰離子有選擇性吸附效果，且在140℃下熱處理得到的還原氧化石墨烯膜對鋰離子的選擇性吸附效果最好，從而能高效的從高鎂鋰比鹽湖鹵水中選擇性吸附分離鋰。