用于萃取锂的固相萃取材料及其制备方法和应用

本发明属于盐湖化工，具体涉及一种用于萃取锂的固相萃取材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、锂是自然界中最轻的金属，具有极强的电化学活性，其金属和化合物被广泛应用于玻璃、陶瓷炼铝、有机化工、航空航天、核聚变等行业及领域。近年来以锂电池为动力新能源的电动汽车(ev)行业的普遍推广和广泛关注，使锂离子电池成为目前发展最为迅速的领域之一，锂因而被称为“21世纪能源新贵”。

2、盐湖卤水是锂的重要来源。我国具有丰富的盐湖卤水锂资源，其蕴藏量居世界前列，盐湖卤水中含有多种金属离子，因此如何从中分离提取锂是需要研究的重要课题。纵观国内外从盐湖卤水中提取锂盐的工艺技术和方法，归纳起来主要有沉淀法、萃取法、离子交换吸附法、碳化法、煅烧浸取法、“许氏法”和电渗析法等。

3、溶剂萃取技术是从溶液中分离提取各种金属的有效技术，它具有分离效率高、工艺和设备简单、操作连续化、易于实现自动控制等优点，被认为是从盐湖卤水中提取分离锂的最有前途的方法之一。目前，采用溶剂萃取技术从盐湖卤水中提取分离锂，即液液萃取法，首先将液相萃取剂和水相相互混合进行萃取，萃取完成后需要分相分离出萃取有机相，然后再使用反萃液对萃取有机相进行反萃。液液萃取法的工艺中，萃取过程和反萃过程的动力学较慢，并且液液分相过程复杂且耗时，由此导致生产效率低，并且萃取过程需要使用大量的有机溶剂，会产生大量有机废液，对作业人员的身体健康以及环境都不利。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于萃取锂的固相萃取材料及其制备方法和应用，以提高萃取法提锂工艺的生产效率并减少有机废液的产生。

2、为了解决以上问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种用于萃取锂的固相萃取材料，所述固相萃取材料包括磁性基体以及通过硅烷偶联剂连接到所述磁性基体表面的萃取基团；所述磁性基体包括fe3o4核层以及包覆fe3o4核层的sio2壳层，所述萃取基团具有如下式(1)或式(2)的结构式：

4、

5、式(1)中，r1和r2分别是c2～c14的直链烷烃或含支链的烷烃或者是苯基或苄基；式(2)中，r3和r4分别是c6～c18的直链烷烃或含支链的烷烃或者是c6～c18的直链烷氧基或含支链的烷氧基或者是苯基或苄基。

6、本发明还提供了如上所述的固相萃取材料的制备方法。在一种可选的方案中，所述制备方法包括：

7、s11、在fe3o4纳米颗粒的表面制备sio2壳层，获得所述磁性基体；

8、s12、使用硅烷偶联剂与所述磁性基体进行硅烷化反应使得硅烷偶联剂连接到所述磁性基体，获得硅烷化磁性基体；

9、s13、使用包含所述萃取基团的化合物与所述硅烷化磁性基体进行偶联反应或酯化反应，将所述萃取基团连接到所述硅烷偶联剂，获得所述固相萃取材料。

10、在另一种可选的方案中，所述制备方法包括：

11、s21、在fe3o4纳米颗粒的表面制备sio2壳层，获得所述磁性基体；

12、s22、使用硅烷偶联剂与包含所述萃取基团的化合物进行偶联反应或酯化反应，将所述萃取基团连接到所述硅烷偶联剂，获得中间化合物；

13、s23、将所述中间化合物与所述磁性基体进行硅烷化反应使得硅烷偶联剂连接到所述磁性基体，获得所述固相萃取材料。

14、在优选的方案中，所述硅烷偶联剂的结构式为(r’o)-si-r；其中，r’为甲基或乙基，r为直链且末端含醇基或卤素或氨基活性基团。

15、进一步地，本发明还提供了如上所述的固相萃取材料在盐湖卤水提锂工艺中的应用。

16、在优选的方案中，所述应用具体包括：提供含锂盐湖卤水并调配至h+浓度为0.05mol/l～0.20mol/l，ph为3.0以下；将所述固相萃取材料置于所述含锂盐湖卤水中对锂萃取后进行磁性分离；将分离后的所述固相萃取材料依次进行洗涤和反萃处理，获得富锂溶液。

17、在优选的方案中，对所述含锂盐湖卤水中的fe3+进行调配，使得所述含锂盐湖卤水中的fe3+的摩尔浓度为li+的1.3～1.5倍。

18、本发明提供的用于萃取锂的固相萃取材料及其制备方法和应用，通过有机合成的方法，具体是通过硅烷偶联剂将具有萃取锂功能的如式(1)或式(2)结构式萃取基团连接到磁性基体，合成了一种具有锂特效选择性的功能化磁性固相萃取材料，所选用的合成基材廉价易得，合成路径明确，制备得到的固相萃取材料可以重复多次使用，适用于具有多种离子共存的盐湖卤水中锂离子的提取分离。萃取工艺过程是固液接触萃取，减少了有机试剂的用量，并且萃取过程和反萃过程的动力学较快，分相过程耗时缩短，能够有效地提升萃取法提锂工艺的生产效率并减少有机废液的产生。

技术特征：

1.一种用于萃取锂的固相萃取材料，其特征在于，所述固相萃取材料包括磁性基体以及通过硅烷偶联剂连接到所述磁性基体表面的萃取基团；所述磁性基体包括fe3o4核层以及包覆fe3o4核层的sio2壳层，所述萃取基团具有如下式(1)或式(2)的结构式：

2.一种如权利要求1所述的固相萃取材料的制备方法，其特征在于，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的结构式为(r’o)-si-r；其中，r’为甲基或乙基，r为直链且末端含醇基或卤素或氨基活性基团。

4.一种如权利要求1所述的固相萃取材料的制备方法，其特征在于，包括：

5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的结构式为(r’o)-si-r；其中，r’为甲基或乙基，r为直链且末端含醇基或卤素或氨基活性基团。

6.一种如权利要求1所述的固相萃取材料在盐湖卤水提锂工艺中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，对所述含锂盐湖卤水中的fe3+进行调配，使得所述含锂盐湖卤水中的fe3+的摩尔浓度为li+的1.3～1.5倍。

技术总结
本发明公开了一种用于萃取锂的固相萃取材料及其制备方法和应用。所述固相萃取材料包括磁性基体以及通过硅烷偶联剂连接到磁性基体的萃取基团；磁性基体包括Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;核层以及SiO<subgt;2</subgt;壳层，萃取基团具有如式(1)或式(2)的结构式；其制备方法包括：在Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒的表面制备SiO<subgt;2</subgt;壳层获得磁性基体；使用硅烷偶联剂与磁性基体进行硅烷化反应使得硅烷偶联剂连接到磁性基体，通过偶联反应或酯化反应将萃取基团连接到硅烷偶联剂，获得固相萃取材料。本发明通过有机合成的方法，合成了一种具有锂特效选择性的固相萃取材料，所用的合成基材廉价易得，合成路径明确，制备得到的固相萃取材料可以重复多次使用，适用于具有多种离子共存的盐湖卤水中锂离子的提取分离。

技术研发人员：谢绍雷,时东,李丽娟,张禹泽,彭小五,鲁海龙,牛勇,姬连敏,张利诚,许淘善
受保护的技术使用者：中国科学院青海盐湖研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16