[发明专利]利用纳米粒子从液体溶液中回收锂的方法和组合物

说明书

根据一些实施例，本公开涉及一种从含锂离子的液体中回收锂离子的方法，该方法包括以下步骤：用苯乙烯单体涂覆纳米粒子；聚合苯乙烯单体以形成涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子；将二苯并‑12‑冠‑4‑醚附着到涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子上，以形成锂吸附介质；使含锂离子的液体暴露于锂吸附介质，以形成富含锂的吸附介质；以及从富含锂的吸附介质中提取锂离子。

背景技术

在一些实施例中，本公开涉及从水资源中分离锂。

锂和锂盐有涵盖制药、陶瓷、冶金、烟火和军事应用的许多用途。最近的可再生能源开发和利用浪潮产生了对锂的大量需求，以制造可充电锂离子电池，例如用于便携式电子设备和电动汽车的可充电锂离子电池。

世界上的锂大部分是通过从地下蓄水池中抽取卤水，将卤水放入池塘，然后让太阳的热量蒸发池塘以留下盐来获得的。这种方法是目前使用最广泛的方法，因为开采锂矿石要昂贵得多，而且不经济。虽然太阳能蒸发比直接开采锂矿石便宜，但太阳能蒸发产生的产品并不纯净，需要进行附加的处理才能将锂盐与卤水中的其它盐类分离。

希望能够从卤水中有选择性地回收形式稳定并且纯度高的锂盐。

发明内容

根据一个方面，一种方法包括以下步骤：用苯乙烯单体涂覆纳米粒子；聚合苯乙烯单体以形成涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子；并且将冠醚附着到涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子上以形成锂吸附介质。该方法可包括使含锂离子的液体暴露于锂吸附介质，以形成富含锂的吸附介质和贫锂液体；并且从富含锂的吸附介质中提取锂离子，以形成提取的锂离子和再循环的锂吸附介质。

根据一个方面，一种用于从含锂离子的液体中回收锂离子的锂吸附介质包括涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子；以及冠醚，所述锂吸附介质通过包括以下步骤的方法制备：使用苯乙烯单体涂覆纳米粒子；聚合苯乙烯单体以形成涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子；将冠醚附着到涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子上以形成锂吸附介质；使含锂离子的液体暴露于锂吸附介质，以形成富含锂的吸附介质和贫锂液体；并且从富含锂的吸附介质中提取锂离子，以形成提取的锂离子和再循环的锂吸附介质。

在一个示例中，所述纳米粒子具有大约10平方米/克至大约5000平方米/克的表面积。纳米粒子可包括从大约10平方米/克至大约500平方米/克的表面积。纳米粒子可包括含铁材料，例如磁性铁。所述纳米粒子可包括非磁性铁。纳米粒子可包括铁、亚铁和氧化铁。冠醚可包括二苯并-12-冠-4-醚、二氮杂-12-冠-4醚、二苯并-15-冠-5醚、二氮杂-15-冠-5醚、二苯并-18-冠-6醚和二氮杂-18-冠-6醚。

根据一个方面，一种方法包括从再循环的锂吸附介质中分离提取的锂离子。在一些实施例中，通过磁性方式将富含锂的吸附介质与贫锂液体分离。从富含锂的吸附介质中提取锂离子可通过用弱酸处理富含锂的吸附介质来进行。所述弱酸可包括以下中的一种或多种：碳酸、乙酸、磷酸、氢氟酸、草酸以及它们的组合中。

根据一个方面，一种方法包括干燥沉淀的锂盐以形成干燥锂盐，并通过离心从贫锂液体中分离富含锂的吸附介质。在一些实施例中，所述方法包括通过离心方式从贫锂液体中分离富含锂的吸附介质。聚合可通过限制对冠醚氧和用于锂离子吸附的纳米粒子的干扰来为冠醚提供优选的附着位点。聚合允许纳米粒子在酸性条件下使用，并用于从富含锂的吸附介质中去除锂离子，而不会发生纳米粒子的劣化或其劣化有限。提取可包括使富含锂的吸附介质暴露于含有二氧化碳的水中。可使提取的锂离子沉淀以形成沉淀锂盐，其中该沉淀锂盐可包含碳酸锂、硅酸锂、草酸锂、以及它们的组合。涂覆可包括将纳米粒子添加到包含苯乙烯单体和自由基引发剂的溶液中。

在一些实施例中，一种产生锂吸附介质的方法包括以下步骤：用苯乙烯单体涂覆纳米粒子；聚合苯乙烯单体以形成涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子；并且将二苯并-12-冠-4-醚附着到涂覆有聚苯乙烯的纳米粒子上，以形成锂吸附介质。