CN106756104A - 一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法 - Google Patents

一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：首先将海水进行过滤，在反应池中加热至40‑50℃，加入制得的吸附剂，搅拌反应4‑6h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。该方法操作简单，工艺步骤短，锂分离效率高，提取速度快，十分适合大规模工业化生产。

Description

一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法
技术领域
本发明涉及锂提取领域，特别是涉及一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法。
背景技术
锂是自然界最轻的金属，具有电化学电位高，可以形成离子键和共价键等特性，被广泛应用在医药、润滑剂、制冷剂、陶瓷业、玻璃业、电池工业、炼铝工业核工业、光电行业等新兴领域，具有较高的实用价值。随着科学技术的不断进步，锂及其化合物的应用越来越广泛，人们生活对锂的需求量也逐年递增。
锂的丰度较大，在自然界中居第27位，锂仅以化合物的形式存在于自然界中。自然界中的锂资源主要储存在花岗伟晶岩型矿床和盐湖卤水、海水和地热水中，海水中锂资源含量巨大。我国锂资源储量丰富，居世界前列，其中液态矿锂资源占我国总锂资源的79％。
从海水中提取锂的方法主要有两大类：溶剂萃取法和吸附-离子交换法。溶剂萃取法比较适合用于锂浓度高的水溶液中，海水中的锂浓度较低，进行溶剂萃取时需要先进行前期浓缩，费时费力，因此并不适用于工业化生产。吸附-离子交换法则是工艺简单、回收率较高，而且选择性较好，适合从低浓度的海水中提取锂。该方法的关键在于选择合适的吸附剂，吸附剂可分为有机型吸附剂和无机型吸附剂。无机型吸附剂是目前使用较为广泛的吸附剂。
SBA-15型有序介孔材料，是一类性能优异的有序介孔材料，是二维六方结构，具有可扩展的大孔径以及较厚的孔壁，为催化反应和吸附分离反应提供了良好的载体。SBA-15型有序介孔材料的孔径可在2-30nm范围内调节，因此其在吸附以及分离领域的应用备受关注。还可以通过对SBA-15型有序介孔材料进行改性，使其功能化，以适应不同的吸附要求。利用SBA-15型有序介孔材料对海水中的锂进行吸附分离，具有较好的研究前景。
中国专利CN201610007568.5公开一种从含锂卤水中提取锂的方法，本发明通过利用具有嵌锂活性基质材料吸附含锂卤水中的锂离子，再依据锂离子电池充电原理，特定电压范围下电解池阴极析出金属锂，以从含锂卤水中提取锂。该发明提取方法适用于海水锂卤水中锂的提纯，对于分离困难的高镁锂比含锂卤水，本发明锂提取效果明显优于传统工艺。
发明内容
本发明的目的是提供一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，该方法操作简单，工艺步骤短，锂分离效率高，提取速度快，十分适合大规模工业化生产。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将硅基介孔材料与催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有冠醚的有机溶剂中，混合均匀后，向其中加入三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在70-80℃条件下，惰性气体保护下，持续反应12-16h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将海水进行过滤，在反应池中加热至40-50℃，加入上一步骤制得的吸附剂，搅拌反应4-6h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
优选的，所述硅基介孔材料为SBA-15型硅基介孔材料。
优选的，所述催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:(5-9)。
优选的，所述硅基介孔材料与催化剂的质量比为1:(4-6)，硅基介孔材料与冠醚的质量比为1.5:1，硅基介孔材料的质量与有机溶剂的体积比为10-15g/L。
优选的，所述三乙胺与有机溶剂的体积比为1:(100-150)
优选的，所述有机溶剂为DMF、DMSO或THF中的一种。
优选的，所述冠醚为4-氨基苯并-12-冠-4、4-氨基苯并-15-冠-5或4-氨基苯并-18-冠-6中的一种或多种混合物。
优选的，所述吸附剂质量与海水的体积比为0.4-0.8g/L。
本发明具有以下有益效果，采用硅基介孔材料作为基底制备吸附剂，硅基介孔材料具有较高的比表面积，孔径丰富，能够与海水充分接触。通过将冠醚接枝到硅基介孔材料上使硅基介孔材料功能化，具有较强的锂选择吸附能力，因此所使用的吸附剂对锂的吸附，选择性强，效率高，可有效地将海水中的锂提取。该提取方法操作简单，可控性强，提取出的锂出度较高，具有良好的工业化生产前景。
具体实施方式
为了更好的理解本发明，下面通过实施例对本发明进一步说明，实施例只用于解释本发明，不会对本发明构成任何的限定。
实施例1
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将SBA-15型硅基介孔材料15g与60g催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有10g冠醚的1L DMF中，混合均匀后，向其中加入10mL三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在70℃条件下，惰性气体保护下，持续反应12h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将10L海水进行过滤，在反应池中加热至40℃，加入上一步骤制得的吸附剂8g，搅拌反应6h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:5，冠醚为4-氨基苯并-12-冠-4。
实施例2
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将SBA-15型硅基介孔材料15g与90g催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有10g冠醚的1.5L DMSO中，混合均匀后，向其中加入10mL三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在80℃条件下，惰性气体保护下，持续反应16h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将10L海水进行过滤，在反应池中加热至50℃，加入上一步骤制得的吸附剂4g，搅拌反应4h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:9，冠醚为4-氨基苯并-15-冠-5。
实施例3
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将SBA-15型硅基介孔材料15g与60g催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有10g冠醚的1.5L THF中，混合均匀后，向其中加入15mL三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在70℃条件下，惰性气体保护下，持续反应16h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将10L海水进行过滤，在反应池中加热至40℃，加入上一步骤制得的吸附剂8g，搅拌反应4h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:9，冠醚为4-氨基苯并-15-冠-5。
实施例4
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将SBA-15型硅基介孔材料15g与90g催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有10g冠醚的1LDMF、DMSO或THF中，混合均匀后，向其中加入10mL三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在80℃条件下，惰性气体保护下，持续反应12h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将10L海水进行过滤，在反应池中加热至50℃，加入上一步骤制得的吸附剂4g，搅拌反应6h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:6，冠醚为4-氨基苯并-18-冠-6。
实施例5
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将SBA-15型硅基介孔材料15g与70g催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有10g冠醚的1.5L THF中，混合均匀后，向其中加入10mL三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在80℃条件下，惰性气体保护下，持续反应12h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将10L海水进行过滤，在反应池中加热至40℃，加入上一步骤制得的吸附剂8g，搅拌反应6h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:7，冠醚为4-氨基苯并-12-冠-4。
实施例6
一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，包括以下步骤：
(1)将SBA-15型硅基介孔材料15g与80g催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有10g冠醚的1.5L DMSO中，混合均匀后，向其中加入15mL三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在70℃条件下，惰性气体保护下，持续反应12h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将10L海水进行过滤，在反应池中加热至40℃，加入上一步骤制得的吸附剂8g，搅拌反应4h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:8，冠醚为4-氨基苯并-18-冠-6。

Claims (8)

1.一种利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将硅基介孔材料与催化剂混合均匀，之后研磨粉碎，将其加入到溶解有冠醚的有机溶剂中，混合均匀后，向其中加入三乙胺，超声震荡混合均匀，之后在70-80℃条件下，惰性气体保护下，持续反应12-16h，之后过滤，使用无水乙醇反复洗涤至中性，真空干燥，制得冠醚接枝的硅基介孔材料，即吸附剂；
(2)首先将海水进行过滤，在反应池中加热至40-50℃，加入上一步骤制得的吸附剂，搅拌反应4-6h，过滤，将介孔材料收集，解吸附即可。
2.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述硅基介孔材料为SBA-15型硅基介孔材料。
3.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述催化剂为碳酸钠和碘化钠的混合物，质量比为2:(5-9)。
4.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述硅基介孔材料与催化剂的质量比为1:(4-6)，硅基介孔材料与冠醚的质量比为1.5:1，硅基介孔材料的质量与有机溶剂的体积比为10-15g/L。
5.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述三乙胺与有机溶剂的体积比为1:(100-150) 。
6.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述有机溶剂为DMF、DMSO或THF中的一种。
7.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述冠醚为4-氨基苯并-12-冠-4、4-氨基苯并-15-冠-5或4-氨基苯并-18-冠-6中的一种或多种混合物。
8.根据权利要求1所述的利用硅基介孔材料提取海水中锂的方法，其特征在于：所述吸附剂质量与海水的体积比为0.4-0.8g/L。
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