【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于鋁系鋰吸附材料，具體涉及一種摻雜型鋁系鋰吸附材料及其制備方法和應用。
技術介紹
1、隨著科學技術的發展，鋰在各行各業都發揮著重要作用，尤其是在電子設備、電動汽車和儲能系統的充電電池生產中扮演重要角色。鋰還可用于制藥、陶瓷、玻璃和航空航天領域。其輕質和高能量密度的特點使其成為促進技術進步和可持續發展的重要元素。近年來，隨著經濟和生活的需求，對鋰資源的需求不斷增加。因此，如何更有效、更環保地開采鋰資源變得尤為重要。與從固體礦石中提取鋰資源相比，從鹽湖鹵水中提取鋰的成本更低，能耗更低，更加環保。
2、目前，從鹽湖鹵水中提取鋰的方法包括膜法、化學沉淀法、溶劑萃取法、結晶法、浮選法、吸附法以及備受關注的電化學分離技術。吸附法具有低成本、低能耗的優點。然而，隨著li2co3價格的急劇下降，更有必要繼續開發更高性能、更低成本的鋰吸附劑，以降低成本，提高效率。目前，采用的吸附劑主要包括錳/鈦基鋰吸附劑、鋁基鋰吸附劑和有機物基鋰吸附劑。錳/鈦基鋰吸附劑解吸鋰的常見問題是需要強酸解吸，而鋰吸附需要ph＞10的溶液環境。大量酸堿的使用會導致成本增加和環境污染，因此不適合在高原弱生態環境中使用。鋁基鋰吸附劑(li/al-ldhs)是由氧配位的八面體疊層組成的層狀晶體。羥基存在于八面體的六個頂點。水分子和陰離子插入鋰層和鋁層之間，形成鋰提取的前體。鋰離子在層狀結構中脫嵌后留下的活性位空位可選擇性地吸附鹽水中的li+。鋁基鋰吸附劑在吸附和解吸時都不需要酸堿，在解吸鋰時，只需用去離子水，既環保又成本低，具有廣闊的發展前景。但鋁基鋰吸
技術實現思路
1、為解決上述全部或者部分技術問題，本專利技術提供以下技術方案：
2、本專利技術的目的之一在于提供一種摻雜型鋁系鋰吸附材料，所述摻雜型鋁系鋰吸附材料包括lial-ldhs和摻雜元素，所述摻雜元素包括過渡金屬元素和/或非金屬元素，所述過渡金屬元素包括co、mn、zr、zn、cu、ni中的一種或者多種，所述非金屬元素包括f、p、s、se中的一種或者多種；
3、所述摻雜型鋁系鋰吸附材料中所含li與al的摩爾比為0.5-5：1，所含摻雜元素的摩爾濃度為所含al的摩爾濃度的0.1-10％。
4、本專利技術提供的摻雜型鋁系鋰吸附材料具有較低的鋁溶解損失、較高的鋰吸附容量以及結構穩定性。
5、在部分優選實施例中，所述摻雜型鋁系吸附材料包括過渡金屬元素和非金屬元素，所述過渡金屬元素包括co，所述非金屬元素包括f，即所述摻雜型鋁系吸附材料為co、f共摻雜的lial-ldhs；或者，所述過渡金屬元素包括cu，所述非金屬元素包括s，即所述摻雜型鋁系吸附材料為cu、s摻雜的lial-ldhs；或者，所述過渡金屬元素包括zn，所述非金屬元素包括f，即所述摻雜型鋁系吸附材料為zn、f摻雜的lial-ldhs。本專利技術發現上述過渡金屬元素和非金屬元素共摻雜的鋁系吸附材料不但能夠協同提高吸附容量而且能進一步降低鋁溶損和提高結構穩定性，顯示出更為優異的高效吸附的循環穩定使用性能。
6、其中，更為優選的，所述過渡金屬元素包括co，所述非金屬元素包括f；或者，所述過渡金屬元素包括cu，所述非金屬元素包括s。這兩種摻雜方案形成的鋁系吸附材料的吸附性能和結構穩定性能進一步提高。
7、在所述摻雜型鋁系吸附材料包括過渡金屬元素和非金屬元素的實施例中，所述過渡金屬元素和非金屬元素的摩爾比例為0.01-5∶0.01-5，例如0.01-5∶1、0.1-5∶1、1-5∶1。
8、本專利技術的目的之二在于提供一種摻雜型鋁系吸附材料的制備方法，包括：使含有鋰源、鋁源、尿素、摻雜元素前驅體和溶劑的混合反應體系在100-180℃的溫度條件下進行水熱反應2-12h，獲得摻雜型鋁系鋰吸附材料；
9、或者，提供含有鋁源、摻雜元素前驅體和溶劑的混合溶液，調節所述混合溶液的ph值為8～10；將鋰源分批加入至所述混合溶液中以獲得混合反應體系，并在20～80℃溫度條件下維持攪拌2-8h，獲得摻雜型鋁系鋰吸附材料；
10、其中，所述摻雜元素前驅體用于提供過渡金屬元素和/或非金屬元素，所述過渡金屬元素包括co、mn、zr、zn、cu、ni中的一種或者多種，非金屬元素包括f、p、s、se中的一種或者多種。
11、在部分實施例中，所述混合反應體系中的溶劑包括水。
12、在部分實施例中，所述混合反應體系中鋰源、鋁源和摻雜元素前驅體的用量滿足：所述摻雜型鋁系鋰吸附材料中所含li與al的摩爾比為0.5-5∶1，所含摻雜元素的摩爾濃度為所含al的摩爾濃度的0.1-10％。
13、在部分實施例中，所述摻雜元素前驅體能夠提供過渡金屬元素和非金屬元素，并且所述摻雜元素前驅體的用量滿足使所制備的摻雜型鋁系鋰吸附材料中過渡金屬元素和非金屬元素的摩爾比例為0.01-5∶0.01-5。
14、在部分實施例中，所述摻雜元素前驅體包括co的前驅體和f的前驅體；或者，所述摻雜元素前驅體包括cu前驅體和s的前驅體；或者，所述摻雜元素前驅體包括zn的前驅體和f的前驅體。
15、在部分實施例中，所述混合反應體系中尿素的摩爾濃度為鋁元素的摩爾濃度的0.5-2倍。
16、在部分實施例中，所述鋰源包括鋰的氯化鹽、硫酸鹽或硝酸鹽中的一種或者多種，但不限于此。
17、在部分實施例中，所述鋁源包括鋁的氯化鹽、硫酸鹽或硝酸鹽中的一種或者多種，但不限于此。
18、在部分實施例中，提供過渡金屬元素的前驅體包括過渡金屬元素的可溶性的氯化鹽、硝酸鹽、硫酸鹽或碳酸鹽中的一種或者多種，但不限于此。
19、在部分實施例中，提供f的前驅體包括lif、naf、kf中的一種或者多種；提供p的前驅體包括磷酸、na3po4、k3po4、ca3(po4)2、na4p2o7、nah2po2中的一種或者多種；提供s的前驅體包括可溶性硫化物和/或可溶性硫酸鹽，所述可溶性硫化物包括al2s3；提供se前驅體包括na2seo3、h2seo3、k2seo3、h2seo4、k2seo4、na2seo4中的一種或者多種。
20、本專利技術的目的之三在于提供一種摻雜型鋁系鋰吸附材料，其特征在于：它由上述任一項技術方案所述的方法制備得到。
21、本專利技術的目的之四在于提供一種鋰吸附劑，所述鋰吸附劑的原料包括上述任一項技術方案所述的摻雜型鋁系鋰吸附材料、聚氯乙烯(pvc)、聚丙烯腈(pan)和交聯劑，所述摻雜型鋁系鋰吸附材料的質量與聚氯乙烯和聚丙烯腈的總質量的比例為3∶1-5∶1，所述聚氯乙烯與聚丙烯腈的質量比為0.2∶0.8-0.8∶0.2，所述交聯劑的濃度為所述摻雜型鋁系鋰吸附材料、聚氯乙烯和聚丙烯腈總質量的0.05-10wt％。
22、在部分實施例中，所述交聯劑包括乙二胺、本文檔來自技高網...
【技術保護點】
1.一種摻雜型鋁系鋰吸附材料，其特征在于：所述摻雜型鋁系鋰吸附材料包括LiAl-LDHs和摻雜元素，所述摻雜元素包括過渡金屬元素和/或非金屬元素，所述過渡金屬元素包括Co、Mn、Zr、Zn、Cu、Ni中的一種或者多種，所述非金屬元素包括F、P、S、Se中的一種或者多種；
2.根據權利要求1所述的摻雜型鋁系鋰吸附材料，其特征在于：所述摻雜型鋁系吸附材料包括過渡金屬元素和非金屬元素，所述過渡金屬元素包括Co，所述非金屬元素包括F；或者，所述過渡金屬元素包括Cu，所述非金屬元素包括S；或者，所述過渡金屬元素包括Zn，所述非金屬元素包括F；
3.一種摻雜型鋁系鋰吸附材料的制備方法，其特征在于，包括：使含有鋰源、鋁源、尿素、摻雜元素前驅體和溶劑的混合反應體系在100-180℃的溫度條件下進行水熱反應2-12h，獲得摻雜型鋁系鋰吸附材料；
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述混合反應體系中鋰源、鋁源和摻雜元素前驅體的用量滿足：所述摻雜型鋁系鋰吸附材料中所含Li與Al的摩爾比為0.5-5：1，所含摻雜元素的摩爾濃度為所含Al的摩爾濃度的0.1-
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述鋰源包括鋰的氯化鹽、硫酸鹽或硝酸鹽中的一種或者多種；
6.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：提供F的前驅體包括LiF、NaF、KF中的一種或者多種；提供P的前驅體包括磷酸、Na3PO4、K3PO4、Ca3(PO4)2、Na4P2O7、NaH2PO2中的一種或者多種；提供S的前驅體包括可溶性硫化物和/或可溶性硫酸鹽，所述可溶性硫化物包括Al2S3；提供Se的前驅體包括Na2SeO3、H2SeO3、K2SeO3、H2SeO4、K2SeO4、Na2SeO4中的一種或者多種。
7.一種摻雜型鋁系鋰吸附材料，其特征在于：它由權利要求3-6任一項所述的方法制備得到。
8.一種鋰吸附劑，其特征在于：所述鋰吸附劑的原料包括權利要求1、2或7所述的摻雜型鋁系鋰吸附材料、聚氯乙烯、聚丙烯腈和交聯劑；所述摻雜型鋁系鋰吸附材料的質量與聚氯乙烯和聚丙烯腈的總質量的比例為3：1-5：1，所述聚氯乙烯與聚丙烯腈的質量比為0.2：0.8-0.8：0.2，所述交聯劑的濃度為所述摻雜型鋁系鋰吸附材料、聚氯乙烯和聚丙烯腈總質量的0.05-10wt％；
9.權利要求8所述的鋰吸附劑的制備方法，其特征在于，包括：
10.權利要求1、2或7所述的摻雜型鋁系鋰吸附材料或者權利要求8所述的鋰吸附劑在鹵水提鋰或者海水提鋰中的應用。
...【技術特征摘要】
1.一種摻雜型鋁系鋰吸附材料，其特征在于：所述摻雜型鋁系鋰吸附材料包括lial-ldhs和摻雜元素，所述摻雜元素包括過渡金屬元素和/或非金屬元素，所述過渡金屬元素包括co、mn、zr、zn、cu、ni中的一種或者多種，所述非金屬元素包括f、p、s、se中的一種或者多種；
2.根據權利要求1所述的摻雜型鋁系鋰吸附材料，其特征在于：所述摻雜型鋁系吸附材料包括過渡金屬元素和非金屬元素，所述過渡金屬元素包括co，所述非金屬元素包括f；或者，所述過渡金屬元素包括cu，所述非金屬元素包括s；或者，所述過渡金屬元素包括zn，所述非金屬元素包括f；
3.一種摻雜型鋁系鋰吸附材料的制備方法，其特征在于，包括：使含有鋰源、鋁源、尿素、摻雜元素前驅體和溶劑的混合反應體系在100-180℃的溫度條件下進行水熱反應2-12h，獲得摻雜型鋁系鋰吸附材料；
4.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述混合反應體系中鋰源、鋁源和摻雜元素前驅體的用量滿足：所述摻雜型鋁系鋰吸附材料中所含li與al的摩爾比為0.5-5：1，所含摻雜元素的摩爾濃度為所含al的摩爾濃度的0.1-10％；
5.根據權利要求3所述的制備方法，其特征在于：所述鋰源包括鋰的氯化鹽、硫酸鹽或硝酸鹽中的一種或者多種...
【專利技術屬性】
技術研發人員：羅清龍，李軍，馬玉軍，張思遠，王曉，李明珍，李可昕，董明哲，葉秀深，吳志堅，
申請(專利權)人：中國科學院青海鹽湖研究所，
類型：發明
國別省市：
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