[发明专利]一种多级核壳结构提锂材料及其制备方法

说明书

本发明属于复合材料合成领域，涉及多级核壳结构材料的制备，尤其涉及一种多级核壳结构提锂材料及其制备方法。本发明所述的多级核壳结构提锂材料，具有多级结构，整体形貌为球形，外表面覆盖一层纳米片，呈蜂巢状，且纳米片垂直于球表面，以TiO₂微球为核，H₂TiO₃为中间层，尖晶石结构的锰离子筛为壳。本发明还公开了制备所述多级核壳结构提锂材料的方法，包括水热反应、固相反应和洗脱处理等过程。所述多级核壳结构提锂材料，具有较高的比表面积和可调的孔结构，其孔结构呈现多样性，避免吸附材料在卤水中的磨损和消耗，防止出现溶损问题，有效改善纳米提锂材料存在难以分离和回收问题。本发明公开的制备方法，具有工艺简单、环境友好和成本低廉等特点。

技术领域

本发明属于复合材料合成领域，涉及多级核壳结构材料的制备，尤其涉及一种多级核壳结构提锂材料及其制备方法。

背景技术

锂作为一种新型能源和战略资源，在能源材料和化学工业中具有广阔的应用前景。我国锂资源极为丰富，其中盐湖卤水锂资源约占锂资源总量的70%～80%，因此，如何从盐湖卤水中分离出锂，将成为锂盐生产和研究的主要方向。然而，盐湖卤水锂常以微量形式与大量的碱金属和碱土金属离子共存，致使卤水提取分离锂技术难度较大，尤其是从高镁低锂卤水中实现经济而高效的镁锂分离和提锂，是盐湖开发的重要技术难题。

目前，高镁锂比盐湖卤水镁锂分离的主要方法有吸附法、溶剂萃取法、膜分离法、煅烧法和沉淀法等。现有的镁锂分离技术存在很多不足，如萃取效率低、渗透膜价格高、煅烧和沉淀工艺流程复杂等。吸附法由于其操作简便和环境友好，适于从高镁锂比的卤水中提取锂，具有良好的应用前景。但常规的吸附材料存在溶损率高、吸附容量低和选择性差等缺点。开发高效、廉价和低溶损的吸附材料，对于盐湖卤水提锂具有重要的研究意义。

吸附法提锂的关键环节主要包括吸附材料设计与制备、吸附过程优化和吸附机理的研究，其中，制备具备性能良好的提锂材料是吸附法提锂的核心问题。多孔复合氧化物吸附剂，具有选择性好，吸附量大等优点，是当前的一个研究热点。从已有报道可知，适宜的吸附材料的种类并不广泛，只有锂钛氧化物和从锂锰氧化物前驱体得到的锂离子吸附剂(H₂MO₃)可以获得较好效果。目前，无机提锂吸附剂的研究，大多建立在这样的思路基础之上——首先合成锂和其他金属的复合氧化物，然后将氧化物上的锂脱去，使其他粒子暂时补充到原有的锂位上，形成对锂具有记忆性的离子交换位点，当这些位点再次遇到锂离子时，为了恢复到相对更加稳定的结构，便会有选择地吸附锂，从而达到吸附富集锂元素的目的。

纳米吸附材料具有较高的表面活性和较强的吸附位点，对水中的锂离子有着较强的吸附作用。目前，此类材料的研究主要集中在纳米结构和提锂过程优化的研究。然而，这些纳米结构的吸附材料极易在液相中团聚或溶解，较小的粒径导致其不易分离和回收，制约了材料在卤水锂离子分离中的应用。近年来，分级结构功能材料由于具有纳米尺度的结构单元和微米及以上尺度的整体形貌，以及微/纳米尺度的协同效应和耦合效应，使其具有高表面活性和特殊表面性质，在化工分离方面有着其独特的优势。分级结构提锂吸附材料的微米尺寸结构可以提供足够的机械强度，避免了材料在卤水中的磨损和消耗，防止纳米提锂材料在液相中出现溶损现象，能够有效改善纳米提锂材料存在难以分离和回收问题，而材料中的纳米结构能够对卤水中的金属离子有较快的质量传送过程，能够快速的分离卤水中的锂离子。

因此，本发明针对钛系提锂材料和锰系提锂材料对锂离子的协同吸附特性，以及多级结构材料的微纳结构间的耦合效应，制备一种多级核壳结构提锂材料，可有选择的吸附/富集卤水中的锂离子。

发明内容

针对上述现有技术中存在的不足，本发明公开了一种多级核壳结构提锂材料，该材料结合钛系提锂材料和锰系提锂材料的协同吸附特性，具有高表面活性和较高的锂离子吸附/富集作用。