[发明专利]磁性纳米锂离子筛吸附剂及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种锂离子筛，尤其是一种能从水溶液中快速提取锂离子，并能在磁场力作用下快速从水溶液中分离出来的磁性纳米锂离子筛吸附剂及其制备方法。

背景技术

锂是国民经济和国防建设的重要战略物资，有“推动世界进步的能源金属”的美誉。锂合金用于制造空天飞行器，锂电池是移动通讯设备和插入式电动汽车的电源，液态金属锂是理想的核反应堆载热剂，锂化合物是最佳的火箭固态燃料，锂基润滑剂广泛用于汽车零部件的润滑。常用的无机离子交换吸附剂主要有氧化物、氢氧化物、杂多酸盐和复合盐类。其中离子筛氧化物具有离子筛分效应和锂离子“记忆”功能，对溶液中的锂具有特效选择性，而对共存的钾、钠、钙、镁等碱金属和碱土金属离子具有良好的分离效果，成为海水、卤水中最有效的锂吸附剂。锂锰氧化物离子筛被认为是吸附性能和应用前景最好的锂吸附剂之一，一般由锂化合物和锰化合物按一定比例混合，经烧结、酸洗后制成，常用的锰化合物有MnOOH、MnCO₃、电解二氧化锰等。从应用角度看，截至目前，研制的性能较好的无机离子交换吸附剂都由昂贵的试剂人工合成，成本高、生产流程长。在海水提锂研究中，采用离子筛型金属氧化物吸附剂从海水中提取锂离子的方法既经济又环保，其原理是在金属氧化物中先导入目标离子，生成复合金属氧化物，在不改变晶体结构的前提下，将目标离子从中抽出，得到多孔型构造物。这种物质具有接受原导入的目标离子而构成最佳晶体构造的趋势，因此在有多种离子存在的情况下，对原导入的目标离子具有筛选和记忆功能，也被称为离子记忆材料，主要包括：单斜晶系锑酸、尖晶石型钛氧化物及锰氧化物等。其中锂锰氧化物型离子筛研究最多，其对海水中锂的分配系数Ka(Ka=锂的吸附量(mg·g^-1)/溶液中锂的浓度(mg·ml^-1)可达10⁴～10⁵；Li⁺/Na⁺、K⁺分配系数均在10⁴以上，可有效地从含Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Sr²⁺等海水、盐湖(卤水)和地热水中选择性提取锂。

专利公开号为CN101342479的中国专利《三维有序大孔(3DOM)钛氧“锂离子筛”的制备方法》，该方法通过合成聚甲基丙烯酸甲酯胶体晶体模板，用锂盐和钛盐的前驱物溶液填充胶体晶体模板，经过抽滤、干燥、两段恒温焙烧、酸浸和再干燥后得到3DOM钛氧“锂离子筛”，该发明通过材料的3DOM结构控制明显提高了离子筛材料中的活性吸附相比例，强化了离子传递中的内部扩散能力，是一种同时具有大孔和微孔的双孔道功能材料，但是在进一步提高锂离子筛的吸附速率及交换性能方面还存在明显不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种化学稳定性好、锂离子吸附容量大、超顺磁性强的磁性纳米锂离子筛吸附剂及相应的具有工艺简单、产量大、成本低特点的制备方法。

本发明的第一个技术特征在于超顺磁性纳米锂—锰氧化物锂离子筛，组成为                                               ，其中x/y的比值为1。磁性纳米锂离子筛的平均粒径在20至60nm之间，比表面积在20至60m²/g之间，其中外壳锂离子筛薄膜平均厚度在2nm以上。

本发明的第二个技术特征在于超顺磁性纳米锂—锰氧化物锂离子筛的制备方法，其特征在于包括以下步骤：

1）将配制好的含和的溶液、含的溶液、含和的溶液分别装入四个储罐；将四个储罐中的料液按设定流量同时进入狭道式撞击流反应器的四个进口中。其中含和的溶液在进口1、含和的溶液在进口2、含和的溶液在进口3和进口4。含和的溶液先与含的溶液相撞，生成浆液，Fe₃O₄浆液向前流动过程中与两侧的含和的溶液发生多次碰撞形成核壳结构的浆液；

2）产物从反应器出口流出后，放入水热釜中老化，老化后抽滤、水洗、干燥，称重后放入水热釜中加入进行水热反应得到产物；

3）最后将进行抽滤、水洗、干燥、焙烧得到组成为磁性纳米锂离子筛颗粒，该颗粒经酸浸脱锂后可直接用于从水溶液中提取锂离子。

磁性纳米锂离子筛是以纳米超顺磁性材料为内核、纳米锂—锰氧化物锂离子筛薄膜为外壳的，组成为的核壳结构，其中x/y比值为1。