[发明专利]无机膜材料及其制备方法与应用

说明书

本发明属于无机纳米材料领域，公开了一种无机膜材料，将硝酸锂、三价金属硝酸盐、异丙氧基钛和正磷酸氢二铵，经过混合溶解、加热蒸发、煅烧、冷却研磨等步骤制得；制得的无机膜材料使用粘合剂浸涂在多孔氧化铝基板上，即得无机纳滤膜，制得的无机纳滤膜应用于电渗析提取锂。本发明的无机膜材料的Li⁺电导率和Li⁺通量高，提高了Li⁺的分离效率，且分子结构更加稳定；本发明的无机纳滤膜对锂有高渗透通量、高选择性，且未引入有机杂质或其他影响离子纯度的物质，具有清洁、对环境友好的优点。本发明提供的无机膜材料的制备方法适用于制备无机膜材料，所制无机膜材料适用于制备无机纳滤膜，所制的无机纳滤膜适用于电渗析提取锂。

技术领域

本发明属于无机纳米材料领域，涉及一种膜分离技术，具体地说是一种无机膜材料及其制备方法与应用。

背景技术

膜分离技术是一种常温下无相变的高效、节能的分离、提纯新技术。纳米过滤(NF)膜能够从盐水溶液中分离无机盐，特别是具有从多价离子的溶液中提取出一价离子的独特能力，是锂离子电池回收最有前景的节能、环保型新技术。具有锂分离效果的膜分离技术研究主要有膜-吸附、膜-溶剂萃取和膜-电渗析。膜-吸附是通过表面增强作用为锂离子提供大量附着面实现分离的，因此表面积大且粗糙的具有层状结构纳米聚合物膜是该方法重点的研究方向，然而聚合物很难满足吸附-脱附过程对材料稳定性的高要求，因此，膜-吸附方法在分离锂方面仅停留在实验室研究阶段。膜-溶剂萃取是利用具有均匀界面的支撑液膜(SLMs)作为膜接触器，锂离子通过交换作用进入有机相络合，同时支撑液膜阻止有机溶剂进入水相而实现分离的，尽管支撑液膜在含锂溶液中成功萃取出了锂离子，但该方法在膜稳定性、耐久性和溶剂泄漏方面仍然难以攻克，在锂分离提取工业上的应用仍需进一步研究。膜-电渗析是在电压力驱动下利用具有高锂选择透过性的膜材料实现锂的分离目的的，在过去的几十年中，已成为锂产业最有前景的膜分离技术。

目前，青海锂业有限公司采用NF膜-电渗析工艺成功实现了青海东台吉乃尔盐湖卤水提锂，解决了高Mg/Li比分离的技术难题，与其他提锂方法(吸附、萃取、煅烧)相比，膜-电渗析的方法具有易操作、低能耗、产品纯度高的特点。但是，由于膜法提锂技术目前采用的是有机聚合物膜材料，而有机聚合物膜材料存在价格昂贵、容易堵塞、有机物溶损等问题，严重限制了膜法在提锂产业的广泛应用。传统的LiTi₂(PO₄)₃型化合物具有三维骨架结构特征和较高的电导率，是一种重要的基质材料，但该材料制备纳米过滤膜分离锂的效率不高。因此，化学结构稳定、力学性能好、环境友好的新型无机膜材料开发应用到膜法提锂工业是膜法提锂的发展方向。

发明内容

本发明的目的，是要提供一种无机膜材料，具有化学结构稳定、力学性能好、对环境友好的特点；本发明的另一个目的，是要提供一种上述无机膜材料的制备方法；本发明的再一个目的，是要提供上述无机膜材料的一种应用，用于制备无机纳滤膜；本发明还有一个目的，是要提供上述无机纳滤膜的一种应用，用于电渗析提取锂。

本发明为实现上述目的，所采用的技术方法如下：

一种无机膜材料，以重量份数计，制成其有效成分的原料组成包括1-3份硝酸锂、0.5-3份三价金属硝酸盐、2-5份异丙氧基钛和2-4份正磷酸氢二铵。

作为限定：三价金属硝酸盐为硝酸铝、硝酸镓、硝酸铬、硝酸铁和硝酸钪中的一种。

本发明的另一个目的，是要提供上述无机膜材料的一种制备方法，包括以下步骤：

a1)将硝酸锂和三价金属硝酸盐混合溶解在蒸馏水中，搅拌，得到分散体A；

a2)向分散体A中加入异丙氧基钛，边搅拌边加入正磷酸氢二铵水溶液，连续搅拌，再加热使溶剂蒸发，得到干燥凝胶B；

a3)将干燥凝胶B煅烧，冷却后研磨成粉末,即得所述无机膜材料。