一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法技术

一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法，属于电活性离子印迹膜的制备和应用技术领域，可解决传统的提锂方法不同程度地存在提取效率低、选择性差、易受到海水及粉煤灰环境中其他金属物干扰的问题，采用单极脉冲电化学的方法合成锂离子印迹膜，此膜对低浓度的锂离子具有良好的吸附性，进行吸附以及洗脱都使用的是恒电位法，不会对环境造成二次污染，是一种环境友好型物质。其合成的物质为聚合在铂片上的黑色物质，微观形貌为类球状物质，2‑羟甲基‑12‑冠‑4掺杂到吡咯膜中，对于溶液中低浓度的锂离子具有良好的吸附能力，是一种先进的离子印迹材料的合成方法。

A Method of Preparing Lithium Ion Imprinted Membrane Based on Electronically Controlled Ion Exchange

【技术实现步骤摘要】
一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法
本专利技术属于电活性离子印迹膜的制备和应用
，具体涉及一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法，使用电控离子交换技术合成对锂离子具有特异识别性的膜。
技术介绍
锂是自然界已知的金属中比重最轻的金属，锂具有良好的化学性质，它几乎可以与除稀有气体以外的非金属发生反应。此外锂还具有很高的能量，其化合物还具有良好的导电性。所以伴随着全球经济的迅速发展，锂及其化合物产品已经渗透到人们的生产与生活中。大容电量的电池、工业铝锂合金以及电动汽车的锂电池的需求量激增。锂单质亦被用作核能源，其合金由于具有质量轻、韧性强和强度高等特性被广泛应用于航空航天业。目前，锂资源的年消耗量为40万吨，并且呈快速发展的趋势，这使得主要由盐湖和矿石中含有的锂储量（3950万吨），远不能满足市场需求。而海水中含有丰富的锂资源，其总含量260亿吨以及我国的粉煤灰中也含有大量的锂资源。所以，开发有效的海水提锂以及粉煤灰提锂技术对国民经济和军事领域的发展具有重要的战略意义。目前，从海水中提锂的方法，海水提锂的方法主要包括离子交换、沉淀法、膜分离和吸附剂法。但是，对于锂浓度仅为0.17mg/L的海水来说，传统的提锂方法不同程度地存在提取效率低、选择性差、易受到海水及粉煤灰环境中其他金属物干扰等缺点。电控离子交换由于对环境的友好性、绿色性以及高效性，在近几年来收到了热烈的关注；在进行离子吸附的过程中，将电活性材料固定在导电材料上，通过氧化或者还原的方式，选择性的吸收和释放离子，在进行的过程中不会对环境产生二次污染，用电活性材料制成的膜可以多次重复利用；近年来分子以及离子印迹因为其结构的可推测性和特别选择性被学者广泛关注；其对特定离子的特别性识别主要是依靠于功能单体与目标离子在形状、尺寸、大小上存在互相匹配的三维结构，通过静电、络合、共价以及非共价键的作用，达到识别模板分子或离子的目的；此项技术拟将电控法和印迹技术相结合，合成一种对锂离子具有专一吸附、特异性结合、吸附能力强、对环境无污染以及可多次重复利用的具有导电性的锂离子印迹膜。
技术实现思路
本专利技术针对传统的提锂方法不同程度地存在提取效率低、选择性差、易受到海水及粉煤灰环境中其他金属物干扰的问题，提供一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法。本专利技术采用如下技术方案：一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法，是在三电极体系下进行的：工作电极：铂片，对电极：不锈钢片，参比电极：饱和甘汞，采用单极脉冲电聚合的方法循环6000次制得：其中工作电位：+0.8V，持续时间：0.4s，开路电位：+0.3V，持续时间：4.0s；包括如下步骤：第一步，量取超纯水20mL、氯化锂0.0212g±0.0001g、氯化钾0.3728g±0.0001g，加入烧杯中，搅拌至氯化锂和氯化钾完全溶解，得到混合溶液A；第二步，量取0.1400mL±0.0001mL吡咯于混合溶液A中，恒速搅拌10min，得到混合溶液B，量取0.0870mL±0.0001mL2-羟甲基-12-冠-4于混合溶液B中，继续搅拌12min，得到混合溶液C；第三步，将铂片打磨后，用去离子水冲洗三次，无水乙醇冲洗三次，烘干，记录铂片的质量；将不锈钢片打磨后，水洗三次，无水乙醇冲洗三次；将铂片和不锈钢片分别用电极夹固定，铂片对应的电极夹连接工作电极，不锈钢片对应的电极连接对电极，饱和甘汞直接连接参比电极，将其浸入混合溶液C；第四步，打开电化学工作站，选择任意恒电位阶梯波的方法，设置参数：工作电位：+0.8V、开时间：0.4s；开路电位：+0.3V、关时间：4.0s；循环次数：6000次；第五步，反应结束后，关闭电化学工作站，将铂片、不锈钢片以及饱和甘汞从混合溶液C中取出，饱和甘汞电极放入饱和的氯化钾溶液中，不锈钢片用酒精清洗、烘干，将铂片上合成的锂离子印迹膜用超纯水冲洗3次，放入烘箱内干燥备用；第六步，储存，将制备的锂离子印迹材料储存于表面皿内，储存温度20℃，相对湿度≤10%。本专利技术的有益效果如下：本专利技术与
技术介绍
相比具有明显的先进性，是关于海水以及酸性体系中低浓度的锂离子难以提取的问题，实验是将电化学法中的电控离子交换技术与常规的离子印记技术相结合，采用单极脉冲电化学的方法合成锂离子印迹膜，此膜对低浓度的锂离子具有良好的吸附性，进行吸附以及洗脱都使用的是恒电位法，不会对环境造成二次污染，是一种环境友好型物质。其合成的物质为聚合在铂片上的黑色物质，微观形貌为类球状物质，由于2-羟甲基-12-冠-4对于锂离子具有专一性的识别作用，而吡咯可以作为导电剂和交联剂将2-羟甲基-12-冠-4掺杂到吡咯膜中，其对于溶液中低浓度的锂离子具有良好的吸附能力，是一种先进的离子印具有迹材料的合成方法。附图说明图1为本专利技术的制备方法使用的装置图；图2为本专利技术实施例制备的锂离子印迹膜的SEM图；图3为本专利技术实施例制备的锂离子印迹膜的能谱图；图4为本专利技术实施例制备的锂离子印迹膜的红外光谱图；图5为本专利技术实施例制备的锂离子印迹膜和非印迹材料吸附能力比较图；其中：1-电化学工作站；2-电化学工作站开关；3-通道；4-电极线；5-对电极；6-参比电极；7-工作电极；8-铂片；9-聚合上的物质；10-烧杯；11-混合溶液C。具体实施方式如图1所示，为离子印迹膜制备装置图，所有部件的位置、连接关系要准确，按量配比，按序操作。制备使用的化学物质的量值是按预先设置的范围确定的，以克、微升为计量单位。电化学工作站为立体式，电化学工作站上有控制开关，在开关旁有通道，通道上设有三条电极线，将三条电极线分别与对电极（不锈钢片）、参比电极（饱和甘汞电极）、工作电极进行连接，在工作电极上固定铂片，再将参比电极（饱和甘汞电极）、工作电极、对电极（不锈钢片电极）浸入到烧杯的混合溶液中，设置相关参数，打开开关进行聚合，逐渐产生黑色的固体混合物质。一种锂离子印迹材料的制备方法，包括如下步骤：第一步，对制备使用的化学物质材料要进行精选，并进行质量纯度、浓度、含量控制：氯化锂：固态固体纯度99%；2-羟甲基-12-冠-4：液态液体纯度97%；吡咯：液态液体纯度99%；氯化钾：固态固体纯度99.5%；超纯水：液态液体纯度99.99%；第二步，锂离子印迹膜的制备：锂离子印迹膜的制备是在三电极体系下进行的：工作电极：铂片，对电极：不锈钢片，参比电极：饱和甘汞，采用单极脉冲电聚合的方法循环6000次制得：其中工作电位：+0.8V，持续时间：0.4s，开路电位：+0.3V，持续时间：4.0s；（1）首先用25mL的量筒量取20mL超纯水；用实验电子天平称量氯化锂0.0212g±0.0001g、称取氯化钾0.3728g±0.0001g加入25mL的烧杯中，用玻璃棒搅拌直至氯化锂和氯化钾完全溶解；（2）量取0.1400mL±0.0001mL吡咯于上述溶液中，用磁力搅拌器恒速搅拌10分钟，随后量取0.0870mL±0.0001mL2-羟甲基-12-冠-4于烧杯中，继续搅拌12分钟；（3）将铂片用砂纸进行轻微打磨，用去离子水冲洗三次，无水乙醇冲洗三次，烘干，用实验电子天平称取铂片的质量；将不锈钢片用砂纸进行打磨，水洗三次，无水乙醇洗三次；将铂片和不锈钢片分别用电极夹固定，铂片所本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法，其特征在于：在三电极体系下进行的：工作电极：铂片，对电极：不锈钢片，参比电极：饱和甘汞，采用单极脉冲电聚合的方法循环6000次制得：其中工作电位：+0.8 V，持续时间：0.4 s，开路电位：+0.3V，持续时间：4.0 s；包括如下步骤：第一步，量取超纯水20mL、氯化锂0.0212 g±0.0001 g、氯化钾0.3728 g±0.0001 g，加入烧杯中，搅拌至氯化锂和氯化钾完全溶解，得到混合溶液A；第二步，量取0.1400mL±0.0001mL吡咯于混合溶液A中，恒速搅拌10min，得到混合溶液B，量取0.0870mL±0.0001 mL 2‑羟甲基‑12‑冠‑4于混合溶液B中，继续搅拌12min，得到混合溶液C；第三步，将铂片打磨后，用去离子水冲洗三次，无水乙醇冲洗三次，烘干，记录铂片的质量；将不锈钢片打磨后，水洗三次，无水乙醇冲洗三次；将铂片和不锈钢片分别用电极夹固定，铂片对应的电极夹连接工作电极，不锈钢片对应的电极连接对电极，饱和甘汞直接连接参比电极，将其浸入混合溶液C；第四步，打开电化学工作站，选择任意恒电位阶梯波的方法，设置参数：工作电位：+0.8 V、开时间：0.4 s；开路电位：+0.3V、关时间：4.0 s；循环次数：6000次；第五步，反应结束后，关闭电化学工作站，将铂片、不锈钢片以及饱和甘汞从混合溶液C中取出，饱和甘汞电极放入饱和的氯化钾溶液中，不锈钢片用酒精清洗、烘干，将铂片上合成的锂离子印迹膜用超纯水冲洗3次，放入烘箱内干燥备用；第六步，储存，将制备的锂离子印迹材料储存于表面皿内，储存温度20℃，相对湿度≤10%。...

【技术特征摘要】
1.一种基于电控离子交换制备锂离子印迹膜的方法，其特征在于：在三电极体系下进行的：工作电极：铂片，对电极：不锈钢片，参比电极：饱和甘汞，采用单极脉冲电聚合的方法循环6000次制得：其中工作电位：+0.8V，持续时间：0.4s，开路电位：+0.3V，持续时间：4.0s；包括如下步骤：第一步，量取超纯水20mL、氯化锂0.0212g±0.0001g、氯化钾0.3728g±0.0001g，加入烧杯中，搅拌至氯化锂和氯化钾完全溶解，得到混合溶液A；第二步，量取0.1400mL±0.0001mL吡咯于混合溶液A中，恒速搅拌10min，得到混合溶液B，量取0.0870mL±0.0001mL2-羟甲基-12-冠-4于混合溶液B中，继续搅拌12min，得到混合溶液C；第三步，将铂片打磨后，用去离子水冲洗...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘伟峰，闫光，刘旭光，杨永珍，梁琦，安卓琳，张二辉，
申请(专利权)人：太原理工大学，
类型：发明
国别省市：山西,14