一种双层锂离子筛纤维材料及其制备方法和应用与流程

本公开涉及锂资源，具体而言，涉及一种双层锂离子筛纤维材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、在盐湖提锂技术领域，吸附法选择性好，对于镁锂比高的卤水也可通过吸附法实现锂离子吸附。离子筛是盐湖提锂常用的一种重要的吸附剂，但是离子筛一般为粉体原料，存在流动性差、难回收的问题。对此，一般通过造粒或铸膜来解决，造粒后的离子筛填充柱体使用，回收较容易，但是造粒后和铸膜后的离子筛其吸附性能一般会比粉体离子筛下降。

2、目前，利用吸附法进行盐湖提锂的创新研究层出不穷，开发一种吸附能力强，同时离子筛溶损小，循环性能好的吸附材料具有重要的意义。

3、鉴于此，特提出本公开。

技术实现思路

1、本公开的目的在于提供一种双层锂离子筛纤维材料及其制备方法和应用。

2、本公开是这样实现的：

3、第一方面，本公开提供一种双层锂离子筛纤维材料，其由内至外依次包括芯层和包覆层；

4、所述芯层包括柔性载体和分散于所述柔性载体内的锰离子筛，所述柔性载体由软质聚氯乙烯和亲水性聚醚砜构成，所述柔性载体上构建有多个第一孔洞；

5、所述包覆层包括刚性载体和分散于所述刚性载体内的钛离子筛，所述刚性载体是由聚对苯二甲酰对苯二胺和聚己二酰己二胺构成，所述柔性载体上构建有多个第二孔洞。

6、在可选的实施方式中，所述芯层和所述包覆层的厚度比为1：(1-3)。

7、在可选的实施方式中，所述芯层的比表面积为5m2/g-12m2/g。

8、在可选的实施方式中，所述包覆层的比表面积为5m2/g-12m2/g。

9、在可选的实施方式中，所述锰离子筛、所述软质聚氯乙烯和所述亲水性聚醚砜的质量比为(25-40)：(70-100)：(25-50)。

10、在可选的实施方式中，所述钛离子筛、所述聚对苯二甲酰对苯二胺和所述聚己二酰己二胺的质量比为(25-40)：(45-80)：(25-50)。

11、在可选的实施方式中，所述软质聚氯乙烯的密度为1.2g/cm3-1.3g/cm3，屈服强度为15mpa～25mpa。

12、在可选的实施方式中，所述双层锂离子筛纤维材料为纤维膜或纤维线。

13、在可选的实施方式中，所述纤维线的直径为0.5μm-100μm。

14、第二方面，本公开提供一种双层锂离子筛纤维材料的制备方法，其包括：

15、将锰离子筛、软质聚氯乙烯、亲水性聚醚砜、芯层溶剂和碳酸氢钠混合形成芯层纺丝液；

16、将钛离子筛、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚己二酰己二胺、包覆层溶剂和碳酸钠混合形成包覆层纺丝液；

17、将所述芯层纺丝液和所述包覆层纺丝液经纺丝形成包覆层包覆芯层的双层纤维中间品；

18、将所述双层纤维中间品经酸浸造孔，随后干燥即得所述双层锂离子筛纤维材料。

19、在可选的实施方式中，所述锰离子筛、所述软质聚氯乙烯、所述亲水性聚醚砜、所述芯层溶剂和所述碳酸氢钠的质量比为(25-40)：(70-100)：(25-50)：(135-235)：(15-30)。

20、在可选的实施方式中，所述芯层溶剂包括二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮中的至少一种。

21、在可选的实施方式中，所述芯层溶剂包括质量比为(75-135)：(60-100)的二甲基甲酰胺和n-甲基吡咯烷酮。

22、在可选的实施方式中，所述钛离子筛、所述聚对苯二甲酰对苯二胺、所述聚己二酰己二胺、所述包覆层溶剂和所述碳酸钠的质量比为(25-40)：(45-80)：(25-50)：(140-250)：(15-30)。

23、在可选的实施方式中，所述包覆层溶剂包括甲磺酸和间苯甲酚中的至少一种。

24、在可选的实施方式中，所述包覆层溶剂包括质量比为(90-150)：(50-100)的甲磺酸和间苯甲酚。

25、在可选的实施方式中，所述纺丝包括干法纺丝、湿法纺丝或静电纺丝。

26、在可选的实施方式中，所述纺丝为同轴静电纺丝。

27、在可选的实施方式中，所述同轴静电纺丝的纺丝环境温度为15℃-25℃，环境湿度小于30％，纺丝电压为15kv-25kv。

28、在可选的实施方式中，所述同轴静电纺丝时，所述芯层纺丝液的推进流速为0.18ml/h-0.25ml/h，所述包覆层纺丝液的推进流速为0.10ml/h-0.15ml/h。

29、在可选的实施方式中，所述酸浸用酸为盐酸。

30、在可选的实施方式中，所述酸浸的时间为0.5h-1.5h。

31、在可选的实施方式中，所述芯层纺丝液的制备方法包括：将所述芯层溶剂与所述软质聚氯乙烯和亲水性聚醚砜混合，升温至70℃-85℃，搅拌5h-7h，降至室温，然后加入所述碳酸氢钠，搅拌均匀后，再加入所述锰离子筛，搅拌均匀，得到所述芯层纺丝液。

32、在可选的实施方式中，所述包覆层溶剂包括甲磺酸和间苯甲酚，所述包覆层纺丝液的制备方法包括：先将所述甲磺酸和所述聚对苯二甲酰对苯二胺混合，加热至70℃-85℃，搅拌5h-6h，得到聚对苯二甲酰对苯二胺溶液；然后将所述间苯甲酚与所述聚己二酰己二胺混合，加热至70℃-85℃，搅拌5h-6h，得到聚己二酰己二胺溶液；将所述聚对苯二甲酰对苯二胺溶液和所述聚己二酰己二胺溶液混合，搅拌均匀，降至室温，然后加入所述碳酸钠，搅拌均匀后，再加入所述钛离子筛，搅拌均匀，得到所述包覆层纺丝液。

33、第三方面，本公开提供如前述实施方式任一项所述的双层锂离子筛纤维材料或如前述实施方式任一项所述的双层锂离子筛纤维材料的制备方法制备获得的双层锂离子筛纤维材料在盐湖卤水提锂中作为吸附剂的应用。

34、在可选的实施方式中，所述盐湖卤水包括原卤和老卤中的至少一种。

35、本公开具有以下有益效果：

36、本公开提供的双层锂离子筛纤维材料优化了芯层材料和包覆层材料的配方，获得了外刚内柔的纤维材料，包覆层纤维刚性较好，强度较大，不易断裂，起到很好的支撑作用，能够很好地抗水压，更好地维护纤维材料的结构完整性；芯层纤维柔韧性较好，能够进一步减少材料在使用过程中的断裂机率，芯层材料在使用过程中并没有直接与卤水接触，而本公开通过采用亲水性聚醚砜对芯层材料进行改性，提高了卤水向内的渗透与浸润，从而提高了锂离子的吸附性能。本公开提供的双层锂离子筛纤维材料，将较易溶损的锰离子筛置于纤维材料的芯层，包覆层纤维材料对锰离子筛形成保护层，减少了酸液与锰离子筛的直接接触，抑制了酸液对锰离子筛的腐蚀，从而减少了锰离子筛的溶损，保证纤维材料的循环性能。

37、本公开提供的双层锂离子筛纤维材料的制备方法，采用纺丝工艺技术制备，纺丝获得的纤维材料孔隙率高，比表面积大，再通过酸浸造孔工艺造孔，由于本公开采用碳酸钠为包覆层纤维造孔剂，碳酸氢钠为芯层纤维造孔剂，使得纤维能够形成更多的孔隙，同时芯层纤维造孔时产生的气泡由内向外排出，进一步促进了孔隙的形成。酸浸过程中，二氧化碳的析出进一步使得纤维材料的孔隙率提高，使得锂离子筛暴露更多的吸附位点，提高锂离子的吸附量。制备获得的双层锂离子筛纤维材料可以广泛应用于卤水中进行提锂。