锂离子印迹材料的制备及其吸附性能研究

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随着全球锂资源与日俱增的消耗需求,传统锂矿石、盐湖的开采和提取远远不能满足市场所需。因此,寻求开辟新的开采来源和高效率、低成本且环境友好的分离提取技术具有十分重要的意义。海水和煤炭作为巨大锂资源的储备宝库,为解决锂资源供需紧迫提供了新的思路。
  基于离子印迹技术的专一选择性,采用离子印迹技术,分别以海水和煤炭体系中锂离子为目标物质,设计合成离子印迹聚合物吸附材料,用于不同介质中锂资源的选择性提取。本文主要研究内容和结果如下:
  1.离子印迹磁性纳米碳球用于海水中锂离子的吸附
  针对海水体系中锂离子( Li+)浓度低微的问题,首先采用溶剂热法合成磁性纳米碳球(Fe3O4@C),并通过硅烷偶联剂 KH-570对其表面进行修饰改性;然后以Li+为模板离子,苯并12-冠-4醚为Li+的捕获剂,氮异丙基丙烯酰胺(NIPAM)为功能单体,二甲基丙烯酸乙二醇酯(EDGMA)为交联剂,在Fe3O4@C表面制备离子印迹聚合物(Li+-IIP)。采用场发射扫描电子显微镜(FESEM)、傅里叶红外光谱仪(FT-IR)和热重分析仪(TG)对各阶段产物进行形貌结构表征,利用等离子体发射光谱仪( ICP)进行吸附性能测试。结果表明:Fe3O4@C呈球状,印迹聚合物层在Fe3O4@C表面均匀包覆,厚度约为10 nm。在pH=7、初始浓度为10 ppm时,Li+-IIP对Li+的最大吸附容量为4.25 mg g-1,并表现出优异的选择性,Li+相对于Na+、K+、Mg2+、Al3+和 Fe3+的相对选择因子分别为9.86、18.17、11.99、18.60和17.22。经过5次吸附-解吸循环后,Li+-IIP的吸附容量仍保持在91.47%,表现出良好的循环再生性能,有望应用于海水中Li+的提取。
  2.离子印迹膜用于煤炭中锂离子的吸附
  针对煤炭体系成分复杂、强酸强碱环境的问题,以 Li+为模板离子,2-羟甲基-12-冠-4为捕获剂,吡咯单体为导电剂和交联剂,采用单极性脉冲电聚合法在铂片表面制备 Li+印迹膜(Li+-IIM)。用 SEM和FT-IR对材料的表面形貌和结构进行表征,并利用ICP对吸附性能进行评价。结果表明:Li+-IIM在铂片上成膜,且表面粗糙。在pH=1、初始浓度为40 ppm时,Li+-IIM对Li+的最大吸附容量为16.40 mg g-1,并表现出优异的选择性,Li+相对于Na+、K+、Mg2+、Al3+和Fe3+的相对选择性因子分别为3.32、13.82、6.40、8.47和7.72。经过5次吸附-解吸循环,Li+-IIM的吸附容量仍保持95.88%,具有良好的循环利用性能,有望应用于煤炭体系中Li+的提取。
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