[发明专利]一种盐湖卤水提锂吸附材料及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种盐湖卤水提锂吸附材料及其制备方法，利用低成本的沸石作为载体，通过一步缩醛化反应，将冠醚接枝到沸石上，再经过静电纺丝与聚丙烯腈共混制备出纳米纤维状的吸附材料。该吸附材料在保留冠醚中环氧基团的特定空穴的前提下达到选择性的吸附锂离子的目的。经实验检测，本发明得到的固态吸附材料，在动态吸附过程中渗透性好、流动阻力低，在2.5 h内可达到吸附平衡，最大吸附容量为8.6 mg•g‑1；同时具有易从溶液中进行回收、实现循环利用的特点，可以有效降低吸附法提锂的生产成本。

技术领域

本发明涉及一种吸附材料，尤其是涉及能源回收中的吸附材料，具体应用于盐湖中提取锂的固相吸附材料。

背景技术

锂（Li）是最轻的碱金属，由于其具有能量密度高和自放电率低等优势，被用作正极材料制备锂电池。近年来，由于全球气候变暖和降低碳排放等环境变化要求，以锂电池为首的新能源产业蓬勃发展，锂的市场需求量越来越高。数据显示，预计2022年全球正极材料对锂的需求量为61.85万吨LCE（碳酸锂当量）。

2021年，全球已探明的锂资源达到8900万金属吨，资源储量主要集中在南美玻利维亚、智利和阿根廷等国家，中国以约为6%的储量位居世界第六，储量较为丰富。从储量结构来看，锂资源供给来源主要包括卤水矿（盐湖卤水、油田卤水以及地热卤水）和硬岩矿（包括伟晶岩型、白云母型、石英脉型和沉积泥型等）。目前已经证实世界上60%以上的锂资源存在于盐湖中。

我国具有丰富的盐湖资源，例如察尔汗盐湖、扎布耶盐湖、一里坪盐湖等，但是就盐湖提锂现状而言，规模尚小，利用率不足。据统计，2017-2020年青海盐湖提锂总产量从2.1万吨增长至4.9万吨LCE，行业平均产能利用率仅为52%（2019年数据）。目前随着新能源汽车销量及研发投入增长等利好因素，锂矿石行业景气度居于高位，因此有必要加大的盐湖卤水提锂技术的研发力度，提升行业发展水平，同时对于经济发展和环境保护也具有重要的意义。

目前已经有大量研究报道了盐湖卤水中锂资源的提取方法，如沉淀法、萃取法、盐梯度太阳池法和吸附法等。其中吸附法因为适用于高镁锂比的盐湖，并且具有生产工艺简单、生产成本低、能源消耗少等优势，在盐湖卤水锂资源分离和回收领域受到广泛的关注。吸附法主要流程包括卤水经过吸附剂吸附、除镁、浓缩得到高锂合格液，最后通过沉锂洗涤等工序及得到碳酸锂产品。其中吸附剂的性能影响吸附法的工艺流程以及产品的品质高低。

部分研究者合成了尖晶石结构的锰基吸附剂（H_1.6Mn_1.6O₄、HMn₂O₄、H₄Mn₅O₁₂等）。尖晶石结构吸附剂对各种金属离子分配系数K_d为Li⁺ Mg²⁺ Ca²⁺ K⁺ Na⁺，因此其对盐湖卤水中的Li⁺有特异性选择作用，从而它可以在盐湖卤水中选择性分离提取锂资源。根据报道，该类型吸附剂的最大吸附容量达到40mg/g。

总结现有关于盐湖卤水提锂吸附剂的相关报道可以发现，科研工作者已经在提高吸附剂的稳定性、吸附容量和吸附剂回收等方面做了大量工作。但是目前常用的吸附剂大多是颗粒或者粉末形态，在吸附过程中仍然存在渗透性差和难以回收重复利用的问题。例如在实际生产中颗粒状吸附剂会被挤压发生破碎，使吸附剂回收变得困难，这成为制约吸附法工业化应用的瓶颈。

因此，研究开发出一种渗透性好、回收率高和易分离的吸附材料，是提高吸附法盐湖卤水提锂的一个重要研究方向，也是当前锂矿行业亟待解决的问题。

发明内容

鉴于锂资源的重要性以及其应用前景，本发明通过以下技术方案，提供一种对于盐湖卤水中Li离子有较好吸附作用的固相吸附材料，同时提供该固相吸附材料的制备方法，以克服现有技术中吸附材料的缺点。