[发明专利]一种纤维状钛酸锂的制备方法及纤维状钛酸锂

说明书

本发明公开了一种纤维状钛酸锂的制备方法及纤维状钛酸锂，解决现有技术中尚未有以胶原纤维为模板制备纤维状钛酸锂的问题。本发明的一种纤维状钛酸锂的制备方法，采用胶原纤维为模板，以无机钛源为钛鞣剂，锂盐为锂源，采用胶原纤维为模板，以无机钛源为钛鞣剂，锂盐为锂源，先将钛源负载在胶原纤维上，再将锂源与钛源结合，从而实现纤维状钛酸锂的制备。本发明方法简单，操作简便，创造性地采用皮胶原纤维作为模板，将金属离子负载在胶原纤维上，而后通过煅烧去除皮胶原纤维模板，从而将胶原纤维超分子结构中的结构信息复制保留在钛酸锂上，制备出纤维状的钛酸锂。

技术领域

本发明属于化学合成技术领域，具体涉及一种纤维状钛酸锂的制备方法及纤维状钛酸锂。

背景技术

我国锂资源供应以矿石提锂为主，但是随着锂资源的大量开发，我国的锂矿储量已不能满足未来人们对锂资源的需求，因此，从锂储量大的盐湖卤水和海水等液态锂资源中提锂，已成为获得锂资源的重要方向和必然选择。然而，卤水中锂资源主要以离子形式与大量碱金属和碱土金属离子共存，大部分卤水锂含量较低并且我国盐湖卤水具有高镁锂比特征，开发的技术难度较高。钛锂离子筛能够有选择性地吸附、富集锂离子，被认为是解决上述难题的一种有效办法。钛锂离子筛的制备一般是用洗脱剂对钛酸锂进行适当的处理而得到，而钛酸锂主要有两种结构，一为尖晶石型Li₄Ti₅O₁₂，一为偏钛酸型Li₂TiO₃。尖晶石型钛酸锂常用作锂离子电池的电极材料，偏钛酸型钛酸锂因为结构稳定、理论交换吸附容量大等优点，常用于制备钛锂离子筛。偏钛酸型Li₂TiO₃的制备方法有固相法、水热法、溶胶-凝胶法、沉淀胶溶法等。目前制备的Li₂TiO₃主要为普通粉体状，由此得到的钛锂离子筛也是普通粉状的。粉体钛锂离子筛因为存在反复固液分离(过滤阻力很大)、洗涤、淋洗、再生、富集困难，生产效率低等问题，难以实现工程化。特殊的形貌，特别是纤维状或管状，具有优异的几何柔韧性，并且纤维状锂离子筛克服了粉末状锂离子筛渗透性和流动性差的问题，更易于实现工业化应用。

模板法是构建特殊形貌材料的最有效方法之一。模板法最初是从仿生角度出发而建立起来的，当生物处在矿化模式中时，有机分子首先进行预组装，使无机物在其中成核与生长。模板法具有实验装置简单、形态可控、适用面广等优点。模板法可分为硬模板和软模板两大类：硬模板包括多孔氧化铝、二氧化硅、碳纳米管等；软模板则包括表面活性剂、聚合物、生物模板(生物分子)等。生物模板技术是以生物分子为模板来制备具有特殊结构材料的一项新技术，具有高效、便捷等优点，近年来发展较为迅速。采用生物模板法制备特殊形貌结构材料时，模板剂的选择非常重要。

胶原纤维是世界上资源最大的可再生动物生物质资源之一，主要来自家畜的皮，传统上用作皮革生产的原料。胶原纤维是由I型胶原分子自组装形成的超分子结构，具有规则的纤维形态。在胶原纤维中，胶原分子以“四分之一错列”排列并形成“间隙”。胶原分子为直径1.5nm、长度300nm的棒状分子，是由3条α-肽链形成的螺旋状结构组成。4～8个胶原分子组成微纤维，并进一步组装成胶原纤维和胶原纤维束。

胶原纤维具有特殊的多层级结构和化学反应特性，根据制革化学的原理，胶原纤维分子中含有-OH、-COOH、-NH₂等活性基团，能和水分子以氢键结合，所以胶原纤维的亲水能力特别强。此外胶原纤维还能与Cr(Ⅲ)、Al(Ⅲ)、Zr(Ⅳ)、Ti(Ⅳ)、Fe(Ⅲ)、La(Ⅲ)等配位结合形成稳定的配合物。因此，以胶原纤维为模板，将一些金属离子负载在胶原纤维上，通过煅烧除去模板后，可望将胶原纤维超分子结构中的结构信息复制保留，从而制备具有特定形貌的材料。但是，以胶原纤维为模板制备具有纤维结构的钛酸锂(Li₂TiO₃)进而制备偏钛酸型钛锂离子筛还未见报道。因此，一种纤维状钛酸锂(Li₂TiO₃)的制备很有必要。

发明内容