一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法及其提锂应用技术

本发明专利技术属化工分离材料制备技术领域，涉及一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法及其提锂应用。本发明专利技术首先制备了油酸包覆的MnO

【技术实现步骤摘要】
一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法及其提锂应用
本专利技术属化工分离材料
，涉及一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法及其提锂应用。
技术介绍
锂广泛用于不同领域，例如锂电池、催化剂、轻合金和核聚变，在现代技术中具有不可替代的作用，因此具有重要的商业意义。鉴于全球锂消费量的迅速增长，从废电池或催化剂中提取锂的问题引起了广泛关注。因此，如何用一种经济有效的，环境友好的方法从中提取锂是化学工程和分离科学领域的研究热点之一。目前已经探索了诸如液-液萃取，固-液萃取，化学沉淀，离子交换和吸附等方法。其中，吸附法由于效率高，成本低，操作简单且产生的二次污染少，是提取锂最广泛的方法。然而，目前锂离子吸附剂普遍存在吸附时间长，选择性较差的缺点，为了快速高效的提取Li(Ⅰ)，急需要开发一种具有快速动力学吸附性能和优异选择性的吸附剂。自推进式微型电动机(SPM)是一种合成的微型机器，可以在由于化学反应或刺激响应特性而产生的自发推进下运动。近年来，SPM已被用来执行不同的任务，这些任务应用在水处理，有机污染物降解，移动传感器，药物输送和纳米级组装。由于增强了吸附剂颗粒与污染物之间的传质和接触频率的优势，可以尽可能的减少吸附时间和成本，因此SPM在饮用水或废水的吸附过程中起着至关重要的作用。如今，球形SPM已被首选作为吸附剂，并且由于其高比表面积和易于定向运动而被广泛研究。磁控溅射和微流体技术被广泛用于制造不对称球体基板，其半表面具有催化材料。然而，上述两种主要方法通常需要昂贵的设备，繁琐的程序和高成本。另外，在凸表面上引入的催化材料易于泄漏或覆盖结合位点。因此，开发简单的策略来调节催化材料和结合位点的分布仍然是一个挑战。雅努斯(Janus)乳液被视为由两个不混溶相组成的液滴。因其具有可以控制的大小，几何形状和稳定性而备受青睐，在形状，组成和其他属性的可控不对称性使其成为制备各向异性颗粒的重要平台。目前基于微流体技术可以制备各向异性的SPM并成功控制形状。但是，此方法不仅涉及昂贵的设备，并且大规模制备月牙形SPM吸附剂对于Janus乳液也具有挑战性。
技术实现思路
本专利技术为解决现有技术存在制备方法复杂、催化材料与吸附结合位点分布不均以及吸附效果不佳的问题，而提供一种一步法制备具有磺酸功能化凸表面的月牙形微马达吸附剂及其提锂应用。本专利技术利用可光聚合的单体乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)和不可光聚合的单体液体石蜡(PO)作为分散油相，聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物(F127)的水溶液作为连续水相，通过乳液模板法制备Janus乳液。其次，分别再混合油相中加入疏水的二氧化锰(MnO2)纳米粒子，水相中加入对苯乙烯磺酸钠(PSS)单体，通过紫外线条件下照射界面聚合后洗去液体石蜡制得凸表面为磺酸基团、凹表面为MnO2的单孔球形微马达吸附剂。所制得的材料用于废水溶液中Li(I)的选择性吸附与分离。为达到上述技术的目的，本专利技术采用的技术方案是：本专利技术首先提供一种具有磺酸功能化凸表面的月牙形微马达吸附剂，其次提供一种具有磺酸功能化凸表面的月牙形微马达吸附剂废水中提锂的方法。一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法，包括以下步骤：(1)将高锰酸钾分散在蒸馏水中，机械搅拌一段时间溶解后，然后室温下将油酸滴加到高锰酸钾溶液中继续搅拌反应一段时间，收集棕褐色产物，水洗后，烘箱干燥，得到二氧化锰纳米粒子；(2)将聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物(F127)表面活性剂和水溶于烧杯中混合均匀作为水连续相，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)、液体石蜡(PO)、二氧化锰(MnO2)粒子和2-羟基-2-甲基-2-苯基丙烷-1-酮(Irgacure-1173)光引发剂按一定比例混合形成分散油相，先超声再涡旋振荡使油相混合均匀后，高速搅拌下将分散油相滴加到水连续相中，持续搅拌一段时间形成W2/W1/O乳液，静置一段时间后ETPTA与PO自发相分离，随后将一定量对苯乙烯磺酸钠(PSS)溶解到F127水溶液中，滴加到W2/W1/O乳液中摇晃分散均匀，将得到的乳液在恒温恒湿箱中紫外光聚合一段时间，之后离心收集聚合物材料，用异丙醇和乙醇分别洗涤数次，干燥，得到单孔球形微马达吸附剂(CSMSs)，即凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂。步骤(1)中，所用高锰酸钾和水的比例为0.25g：125mL；机械搅拌时间为20～30min；所用高锰酸钾和油酸的比例为0.25g：2.5mL；所用转速为500～600rpm；反应时间为20h；反应温度为25℃；干燥温度为60～80℃。步骤(2)中，水连续相中，聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物(F127)与水的用量比为1g：50mL。步骤(2)中，分散油相中，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)、液体石蜡(PO)和2-羟基-2-甲基-2-苯基丙烷-1-酮(Irgacure-1173)的质量比为1.5～4.0g：0.5g：0.06～0.16g；混合油相和二氧化锰粒子的比例为2.5g：5mg～15mg，超声时间5～10min，涡旋振荡3～5min。步骤(2)中，水连续相和分散油相的质量比为11～12g：2～4.5g。高速搅拌速度为10000～12000rpm，高速搅拌时间为5min。步骤(2)中，分散油相和对苯乙烯磺酸钠(PSS)的比例为2.5g：50mg～250mg，对苯乙烯磺酸钠(PSS)溶解到F127水溶液时，F127水溶液的质量百分浓度为2％。步骤(2)中，紫外光聚合温度为25℃，聚合时间为6h；干燥温度为60～80℃。将本专利技术制备的凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂用于溶液中一价锂的选择性提取的用途，具体用法为：将凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂置于含过氧化氢的废水中，对锂离子进行吸附，然后用电感耦合等离子光谱仪对吸附容量进行检测。其中，所述含过氧化氢的废水中，过氧化氢的质量分数为5％～10％。与现有技术相比较，本专利技术的有益效果体现如下：(1)本专利技术结合乳液模板法一步制备了具有催化与吸附性能的微马达吸附材料，实现了Li(Ⅰ)快速有效的吸附。(2)本专利技术基于水包油包油乳液模板法，二氧化锰充当Pickering粒子分布在乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)和液体石蜡(PO)界面处，聚合后嵌入乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)的凹界面，用来提供催化过氧化氢产生气泡的催化位点，从而提高吸附过程中的传质动力学。(3)通过乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯(ETPTA)与对苯乙烯磺酸钠(PSS)界面聚合来引入磺酸基特异性吸附Li(Ⅰ)，可以引入其他官能团对特定离子或分子进行吸附。附图说明图1为实施例1中的ETPTA:PO不同质量比的单孔球形材料的扫描电镜图。图2为实施例1中的MnO2纳米粒子的扫描电镜图(a)、接触角(b)和X射线衍射(c)。图3为实施例1中PETPTA(a1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：/n(1)将高锰酸钾分散在蒸馏水中，机械搅拌一段时间溶解后，然后室温下将油酸滴加到高锰酸钾溶液中继续搅拌反应一段时间，收集棕褐色产物，水洗后，烘箱干燥，得到二氧化锰纳米粒子；/n(2)将聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物F127表面活性剂和水溶于烧杯中混合均匀作为水连续相，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯ETPTA、液体石蜡PO、二氧化锰粒子和2-羟基-2-甲基-2-苯基丙烷-1-酮Irgacure-1173光引发剂按一定比例混合形成分散油相，先超声再涡旋振荡使油相混合均匀后，高速搅拌下将分散油相滴加到水连续相中，持续搅拌一段时间形成W

【技术特征摘要】
1.一种凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)将高锰酸钾分散在蒸馏水中，机械搅拌一段时间溶解后，然后室温下将油酸滴加到高锰酸钾溶液中继续搅拌反应一段时间，收集棕褐色产物，水洗后，烘箱干燥，得到二氧化锰纳米粒子；
(2)将聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物F127表面活性剂和水溶于烧杯中混合均匀作为水连续相，乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯ETPTA、液体石蜡PO、二氧化锰粒子和2-羟基-2-甲基-2-苯基丙烷-1-酮Irgacure-1173光引发剂按一定比例混合形成分散油相，先超声再涡旋振荡使油相混合均匀后，高速搅拌下将分散油相滴加到水连续相中，持续搅拌一段时间形成W2/W1/O乳液，静置一段时间后ETPTA与PO自发相分离，随后将一定量对苯乙烯磺酸钠PSS溶解到F127水溶液中，滴加到W2/W1/O乳液中摇晃分散均匀，将得到的乳液在恒温恒湿箱中紫外光聚合一段时间，之后离心收集聚合物材料，用异丙醇和乙醇分别洗涤数次，干燥，得到单孔球形微马达吸附剂CSMSs，即凸表面磺酸功能化月牙形微马达吸附剂。


2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中，所用高锰酸钾和水的比例为0.25g：125mL；机械搅拌时间为20～30min；所用高锰酸钾和油酸的比例为0.25g：2.5mL；所用转速为500～600rpm；反应时间为20h；反应温度为25℃；干燥温度为60～80℃。


3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中，水连续相中，聚乙二醇-聚丙二醇-聚乙二醇嵌段共聚物F127与水的用量比为1g：5...

【专利技术属性】
技术研发人员：任永晴，潘建明，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32