[发明专利]一种共价修饰高密度冠醚功能化多孔吸附剂的制备方法及其应用

说明书

本发明属于特异性分离功能材料制备技术领域，涉及一种共价修饰高密度冠醚功能化多孔吸附剂的制备方法及其应用；步骤为：首先制备得到多孔聚合物PVBC和表面枝聚甲基丙烯酸缩水甘油酯的多孔聚合物，记为PVBC‑g‑PGMA；将PVBC‑g‑PGMA和DMF混合，待PVBC‑g‑PGMA分散于DMF后加入2AB12C4；经水浴反应后，获得的产物依次用DMF、乙醇、双蒸水洗涤，经真空干燥后制得氨基乙基苯并‑12‑冠‑4修饰的多孔吸附剂；本发明制备的多孔吸附剂有效的提高吸附量和传质效率，解决了现存提锂吸附剂作用位点密度低与作用位点包埋较深的问题，为开发高效的提锂吸附剂提供了新的思路。

技术领域

本发明属于特异性分离功能材料制备技术领域，具体涉及一种共价修饰高密度冠醚功能化多孔吸附剂的制备方法。

背景技术

锂(Li)是一种重要的能源金属，在锂电池、陶瓷、玻璃、冶金、医药等领域得到了广泛的应用。其中，锂电池行业的应用占比最高，达到了56％，陶瓷和玻璃行业的应用占23％，润滑脂生产占比在6％，聚合物生产占比4％，铸模助溶剂粉末占比3％，空气处理占约2％，其他领域约为6％。目前，常见的锂的获取方法有沉淀法、溶剂萃取法、吸附法，但是沉淀法依赖于气候与卤水的成分，仅适用于少数低镁锂比的高品位卤水，溶剂萃取法提锂具有较好的选择性和萃取率，但多数萃取剂的稳定性和溶损问题有待解决，而吸附法提锂所需成本较低、环境污染小、具有提取率高且易连续操作的优点，但常见的吸附剂的选择性、吸附容量和传质速率仍有待进一步提高。因此根据Li⁺的结构特点，从Li⁺与吸附剂吸附位点的相互作用出发，研究新型吸附剂并用于获得高纯度Li⁺极其重要。

多孔材料具有较高的比表面积和传质速率，是构筑吸附分离材料的理想基底。近年来，由高内相乳液(HIPEs)模板制得的多孔聚合物材料(PolyHIPEs)受到了越来越多的关注。PolyHIPEs聚合物具有密度小、质轻的优点，开孔开口结构使PolyHIPEs具有较高的孔隙率和良好的渗透性；PolyHIPEs的孔分布、孔形貌和交联程度能通过调整HIPEs模板的组成、形状、大小以及聚合过程等参数精确地控制，这一独特优势使其在吸附分离材料的构筑方面有巨大的研究价值。

表面接枝聚合物刷是一种极具吸引力的策略，为基底材料的表面功能化带来了全新的可能。一般来说，聚合物刷拥有高度可控的聚合物结构、较窄的分子量分布、极佳的稳定性和密集的官能团，可作为进一步化学修饰理想的反应平台。功能分子可通过与聚合物刷上的官能团反应，实现高密度的固载化。表面引发原子转移自由基聚合(SI-ATRP)是基底表面接枝聚合物刷的常用方法。SI-ATRP的适用性广，其制得的聚合物刷具有低分散性、分子量易控制、封端可再次引发等优点。目前，SI-ATRP改性的纳米颗粒、纳米管、聚合物材料等已受到了大量的研究。

冠醚是一类含多个醚键的环状化合物，其中12-14元环的冠醚是良好的Li⁺选择性配体。当前已有相关研究选用12-14元环的冠醚作为Li⁺的选择性配体，采用高内相表面以共聚或表面修饰进行Li⁺配体的固定，如huang等以多孔聚合物泡沫为基底，以合成的2-羟甲基-12-冠-4衍生物为配体，通过表面化学修饰的方法将冠醚固定在多孔聚合物表面；此类材料虽然具有较好的Li⁺选择性和吸附动力学性能，但是为了适应低浓度、高镁锂比卤水提锂的需求，我们认为现存吸附剂配体的修饰密度还有待提高。由于基底材料具有相对较高的质量和表面有限的接触面积，配体的修饰密度将对吸附容量有巨大的影响，简单的混合共聚或表面修饰已经越来越难以满足高效提锂的需求。

发明内容