本發(fā)明涉及納米纖維材料，特別涉及一種梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、隨著新能源汽車和儲(chǔ)能技術(shù)的快速發(fā)展，鋰在新能源材料領(lǐng)域發(fā)揮著舉足輕重的作用，從而使鋰鹽的需求出現(xiàn)激增和供需缺口。因此，開發(fā)低成本、高效率、可循環(huán)的鋰提取技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。從鹽湖鹵水中選擇性地吸附鋰離子是一種操作簡(jiǎn)單、效率高、污染性小的提鋰技術(shù)。鋰離子篩因其對(duì)鋰離子的高選擇的吸附能力，成為當(dāng)前鹽湖鹵水提鋰吸附劑的研究熱點(diǎn)。為解決鋰離子篩粉末在實(shí)際應(yīng)用中難回收、易造成水體污染等問題，現(xiàn)有的鋰吸附材料的制備技術(shù)主要為將鋰離子篩粉末與有機(jī)聚合物進(jìn)行物理共混，通過溶膠-凝膠法、靜電紡絲法、造粒、發(fā)泡、涂布等方法來制備具有宏觀連續(xù)性的鋰離子篩吸附材料，如中國(guó)發(fā)明專利cn115874356?a中公開的鋰離子篩納米纖維氈及其制備方法，其通過將鋰離子篩粉末與高分子材料共混于特定溶劑中制成紡絲液，隨后通過靜電紡絲方法得到鋰離子篩納米纖維氈，并用于鋰離子吸附。然而，通過該技術(shù)手段獲得的鋰吸附材料存在鋰離子篩負(fù)載量低、纖維在徑向堆積程度高等問題，導(dǎo)致其鋰吸附容量和滲透通量難以滿足實(shí)際應(yīng)用需求。又如中國(guó)發(fā)明專利cn106732441?b中所述的一種具有層次孔結(jié)構(gòu)的整體式鋰離子篩的制備方法，其將鋰離子篩粉末與聚丙烯腈溶解于dmso溶劑中，隨后通過溶膠-凝膠、冷凍干燥的方法得到了具有分級(jí)孔結(jié)構(gòu)的鋰離子篩復(fù)合材料。但通過該技術(shù)制備的鋰離子篩吸附材料存在鋰離子篩負(fù)載量低、活性位點(diǎn)易被聚丙烯腈覆蓋而封閉、材料整體孔隙結(jié)構(gòu)分布不均等問題，嚴(yán)重影響其在鋰離子吸附領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用性能。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明目的在于提供一種梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法可以得到一種宏觀連續(xù)、梯度多孔的純鋰離子篩納米纖維氣凝膠材料，其結(jié)構(gòu)中沒有有機(jī)聚合物支撐，鋰離子篩含量達(dá)100％且成均勻的納米纖維形態(tài)，具有鋰離子篩含量高、吸附位點(diǎn)全開放、孔隙率高、水下穩(wěn)定超彈等特點(diǎn)，可保證材料具有與其粉末狀態(tài)相當(dāng)?shù)奈饺萘亢蛢?yōu)于其粉末狀態(tài)的滲透通量和吸附速率，以實(shí)現(xiàn)其在鹽湖、海水提鋰領(lǐng)域的特效應(yīng)用。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：

3、本發(fā)明技術(shù)方案之一，一種梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，包括以下步驟：

4、將鋰離子篩和有機(jī)聚合物溶于溶劑中，得到紡絲液，之后將所述紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，得到鋰離子篩前驅(qū)體納米纖維膜；

5、將所述鋰離子篩前驅(qū)體納米纖維膜進(jìn)行高溫煅燒，得到純鋰離子篩納米纖維膜；

6、將所述純鋰離子篩納米纖維膜分散到含有交聯(lián)劑和催化劑的溶液體系中，之后將所得鋰離子篩納米纖維分散液依次進(jìn)行冷凍干燥、高溫處理，得到所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠。

7、本發(fā)明技術(shù)方案之二，一種上述制備方法制備得到的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠。

8、本發(fā)明技術(shù)方案之三，一種上述梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠在高鎂鋰比的鹽湖和海水中選擇性提取鋰中的應(yīng)用。

9、本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

10、本發(fā)明提供的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法能夠保證最終制備的氣凝膠中鋰離子篩含量達(dá)100％且具有均勻的納米纖維形態(tài)，這在保證了鋰離子篩本身的高比表面積和吸附位點(diǎn)的基礎(chǔ)上，賦予材料宏觀連續(xù)性、梯度孔道均勻性。

11、本發(fā)明提供的鋰離子篩納米纖維氣凝膠中的開放式微米孔和納米纖維交纏產(chǎn)生的大孔可有效降低吸附過程中水流的傳質(zhì)阻力，鋰離子篩納米纖維表面的介孔可保證材料的高比表面積和大量吸附位點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了鹽湖、海水提鋰技術(shù)中需滿足的高通量、高吸附速率、高吸附容量的要求。

12、本發(fā)明提供的鋰離子篩納米纖維氣凝膠中由柔性納米纖維相互交纏、粘接構(gòu)成的三維網(wǎng)絡(luò)，使得材料在水下具有優(yōu)異的穩(wěn)定性和柔彈性，滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)材料穩(wěn)定性和耐久性的要求。

技術(shù)特征：

1.一種梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，包括以下步驟：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述鋰離子篩為h1.6mn1.6o4、hmn2o4、h2mno3、h2tio3、h4ti5o12和hcl·2al(oh)3中的至少一種；所述鋰離子篩與所述有機(jī)聚合物的質(zhì)量比為1:(0.5-2)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述有機(jī)聚合物為聚丙烯腈、聚乙烯醇、聚乙烯吡咯烷酮、聚丙烯酰胺、尼龍6和聚偏氟乙烯中的至少一種；所述紡絲液中所述有機(jī)聚合物的濃度為4-15wt％。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述高溫煅燒的溫度為400-800℃，時(shí)間為2-10h。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述交聯(lián)劑為三甲氧基甲基硅烷、(3-甲氧基丙基)三甲氧基硅烷和3-氨基丙基三乙氧基硅烷中的至少一種；所述交聯(lián)劑在鋰離子篩納米纖維分散液中的濃度為0.1-0.5wt％；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述鋰離子篩納米纖維分散液中鋰離子篩納米纖維的濃度為5-15wt％；所述鋰離子篩納米纖維的直徑為200-950nm，長(zhǎng)度為20-500μm。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述冷凍干燥的參數(shù)為：冷凍溫度為-197--10℃，干燥溫度為-50--10℃，真空度為1.3-13pa，時(shí)間為48-72h。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠的制備方法，其特征在于，所述高溫處理的溫度為40-90℃，時(shí)間為10-60min。

9.一種權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述制備方法制備得到的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠。

10.一種權(quán)利要求9所述的梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠在高鎂鋰比的鹽湖和海水中選擇性提取鋰中的應(yīng)用。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種梯度多孔鋰離子篩納米纖維氣凝膠及其制備方法與應(yīng)用，屬于納米纖維材料技術(shù)領(lǐng)域。制備方法為：將鋰離子篩和有機(jī)聚合物溶于溶劑中，得到紡絲液，之后將所述紡絲液進(jìn)行靜電紡絲，得到鋰離子篩前驅(qū)體納米纖維膜；將所述鋰離子篩前驅(qū)體納米纖維膜進(jìn)行高溫煅燒，得到純鋰離子篩納米纖維膜；將所述純鋰離子篩納米纖維膜分散到含有交聯(lián)劑和催化劑的溶液體系中，之后將所得鋰離子篩納米纖維分散液依次進(jìn)行冷凍干燥、高溫處理，得到目標(biāo)產(chǎn)物。本發(fā)明提供的制備方法得到的鋰離子篩納米纖維氣凝膠材料，其中鋰離子篩含量達(dá)100％且成均勻的納米纖維形態(tài)，具有鋰離子篩含量高、吸附位點(diǎn)全開放、孔隙率高、水下穩(wěn)定超彈等特點(diǎn)。

技術(shù)研發(fā)人員：蔣云龍,唐佩馨,斯陽,俞建勇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：東華大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10