一種鋰離子印跡聚合材料的製備方法及其用途與流程
2023-05-02 03:29:16 2
本發明涉及一種鋰離子印跡聚合材料的製備方法及其用途，屬環境功能材料製備技術領域。
背景技術：
鋰是自然界中原子半徑最小、質量最輕的鹼金屬，呈銀白色，具有許多特殊的物理、化學性質。鋰及其化合物廣泛應用於國民經濟的各個領域，不僅在傳統的消費領域如玻璃、陶瓷、潤滑劑等領域起到重要作用，也推動了高新技術領域如鋰電池、核能、航空航天等領域的發展，被譽為「21世紀的新能源」，是國民經濟和國防建設中具有重要意義的戰略物資。近年來隨著鋰的市場需求量不斷增長，陸地上的鋰資源已遠不能滿足需求，從液態鋰資源中提取鋰成為人們關注的熱點，已成為鋰工業發展的主攻方向。
鹽湖滷水中的鋰儲量巨大，且以離子形態存在，為鋰鹽生產提供了理想的原料形態，從而避免了固體鋰礦複雜的工藝流程，可使生產成本、總投資分別降低近40％。因此，從鹽湖滷水中提取鋰將代替偉晶巖提鋰成為鋰工業的主流，並在鋰工業發展中較長期佔主導地位。當今溶液提鋰的方法主要有沉澱法、蒸髮結晶法、溶劑萃取法、鍛燒浸取法、鹽析法、碳化法和吸附劑法。其中，鹽湖滷水提鋰較成熟的方法是蒸髮結晶一沉澱法，但該方法不太適用於高鎂鋰比的鹽湖滷水。離子印跡技是根據模板分子的理化性質來製備識別位點，目標離子與具有相互作用力的功能單體(通常為小分子化合物)在引發劑的作用下與交聯劑進行聚合反應，再用適當的洗脫劑脫除模板離子,得到具有專屬印跡空隙的離子印跡聚合材料，脫除離子後形成的孔穴與印跡離子的形狀相似、大小相匹配，這種方式將離子引入到印跡聚合材料中形成記憶功能，使該印跡聚合材料就具有了很高的特異選擇和吸附性，在其他競爭離子存在下能有效的識別並吸附目標物。
因此本發明通過離子印跡技術，製備具有選擇性識別鋰的鋰離子印跡聚合材料。
技術實現要素：
本發明涉及一種鋰離子印跡聚合材料的製備方法。首先，將0.2mmol的12-冠-4、0.2mmol LiCl均勻分散到20mL去離子水中，磁力攪拌20min後，加入1mmol 3-氨丙基三乙氧基矽烷(APTES)，繼續攪拌5min後，加入4mmol四矽酸乙酯(TEOS)、0.5mL氨水50℃引發聚合，聚合反應持續16h，離心並用乙醇多次洗滌樣品後置於烘箱中，60℃烘乾，得到鋰離子印跡聚合材料。將製備好的離子印跡聚合材料利用1mol/L HCl溶液酸洗，洗去鋰離子，得到對鋰離子具有特異性識別的印跡聚合材料材料。製備非印跡聚合材料除不加入目標物LiCl以外，其他製備方法與印跡聚合材料製備方法相同。
本發明採用的技術方案是：
一種鋰離子印跡聚合材料的製備方法，步驟如下：
將12-冠4、LiCl均勻分散到去離子水中，磁力攪拌20min後，加入3-氨丙基三乙氧基矽烷(APTES)，繼續攪拌5min後，加入四矽酸乙酯(TEOS)及催化劑引發聚合，離心並用乙醇多次洗滌樣品後置於烘箱中，烘乾；將烘乾的材料酸洗，得到鋰離子印跡聚合材料。
所述12-冠-4、LiCl、3-氨丙基三乙氧基矽烷、四矽酸乙酯在去離子水中的物質的量濃度比為0.2:0.2:1:4。
所使用的催化劑為氨水，所述氨水的質量分數為25～28％，所述氨水與去離子水的體積比為1:40。
所述引發聚合的溫度為50℃，時間為16h。
在酸洗時，所使用的酸為1mol/L鹽酸。
所述的鋰離子印跡聚合材料用於識別並吸附鋰離子。
本發明的有益效果在於：
(1)本發明本12-冠-4對鋰離子有很好的選擇絡合性能，12-冠-4孔徑的大小恰好與鋰離子的直徑大小相匹配，是分離和分析鋰離子的優良化學試劑。
(2)製備鋰離子印跡聚合材料的方法簡單、機械性能好、結構穩定。
(3)本發明採用離子印跡技術製備具有特異性識別的印跡聚合材料，在其他競爭離子存在下能有效的識別並吸附鋰離子。
附圖說明
圖1為實施例2製備的鋰離子印跡聚合材料的掃描電鏡圖；
圖2為實施例2為印跡聚合材料和非印跡聚合材料的平衡吸附曲線。
具體實施方式
下面結合具體實施例對本發明作進一步描述：
實施例1：
鋰離子印跡聚合材料(MIP)：將0.1mmol的12-冠-4、0.1mmol LiCl均勻分散到20mL去離子水中，磁力攪拌20min後，加入0.5mmol 3-氨丙基三乙氧基矽烷(APTES)，繼續攪拌5min後，加入2mmol四矽酸乙酯(TEOS)、0.5mL質量分數為25～28％的氨水50℃引發聚合，聚合反應持續16h，離心並用乙醇多次洗滌樣品後置於烘箱中，60℃烘乾，得到鋰離子印跡聚合材料。將製備好的印跡聚合材料利用1mol/L HCl溶液酸洗，洗去鋰離子，得到對鋰離子具有特異性識別的印跡聚合材料材料。製備非印跡聚合材料(NIP)除不加入目標物LiCl以外，其他製備方法與印跡聚合材料製備方法相同。
實施例2：
鋰離子印跡聚合材料(MIP)：將0.2mmol的12-冠-4、0.2mmol LiCl均勻分散到20mL去離子水中，磁力攪拌20min後，加入1mmol 3-氨丙基三乙氧基矽烷(APTES)，繼續攪拌5min後，加入4mmol四矽酸乙酯(TEOS)、0.5mL質量分數為25～28％的氨水50℃引發聚合，聚合反應持續16h，離心並用乙醇多次洗滌樣品後置於烘箱中，60℃烘乾，得到鋰離子印跡聚合材料。將製備好的印跡聚合材料利用1mol/L HCl溶液酸洗，洗去鋰離子，得到對鋰離子具有特異性識別的印跡聚合材料材料。製備非印跡聚合材料(NIP)除不加入目標物LiCl以外，其他製備方法與印跡聚合材料製備方法相同。
圖1為實施例2製備鋰離子印跡聚合材料的掃描電鏡圖；從圖中可以看到製備的離子印跡聚合材料約250nm，且形貌規則。
圖2為實施例2為印跡聚合材料和非印跡聚合材料的平衡吸附曲線；從曲線中可以看出印跡聚合材料的吸附量明顯大於非印跡聚合材料的吸附量。
實施例3：
鋰離子印跡聚合材料(MIP)：將0.3mmol的12-冠-4、0.3mmol LiCl均勻分散到20mL去離子水中，磁力攪拌20min後，加入1.5mmol 3-氨丙基三乙氧基矽烷(APTES)，繼續攪拌5min後，加入6mmol四矽酸乙酯(TEOS)、0.5mL質量分數為25～28％的氨水50℃引發聚合，聚合反應持續16h，離心並用乙醇多次洗滌樣品後置於烘箱中，60℃烘乾，得到鋰離子印跡聚合材料。將製備好的印跡聚合材料利用1mol/L HCl溶液酸洗，洗去鋰離子，得到對鋰離子具有特異性識別的印跡聚合材料材料。製備非印跡聚合材料(NIP)除不加入目標物LiCl以外，其他製備方法與印跡聚合材料製備方法相同。