“变废为宝”—选择性吸附提锂杂化材料的设计制备

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纸质产品在日常生活中很常见,给人类生活带来了巨大便利。不过由这些纸质废弃物引起的环境问题却日益受到广泛关注。废纸(Waste paper, WP)的主要成分为纤维素,具有丰富的羟基和较高的长径比,是制备一些功能材料的良好基质材料,具有成本低、来源广、易加工的特点。目前,一些基于纤维素衍生物的吸附分离材料已被成功开发并用于吸附分离领域。 锂, 是一种新型绿色能源材料,在动力电池、陶瓷、新能源汽车和电子器件的制备生产中具有重要的应用,同时也是国民经济和国防建设中具有重要意义的战略物资。目前,从储量丰富但成分复杂的盐湖卤水中选择性分离提取锂离子是选择性吸附提锂研究工作的难点之一。 基于废纸纤维的特点与选择性吸附分离锂离子的目的,本项目提出了一种简单、环保的复合型吸附提锂材料的制备方案。该实验以废纸纤维为基质材料,利用自组装技术使得聚苯乙烯磺酸钠(PSS)线性聚合物与多孔Cu-MOF材料进行原位穿插杂化复合,制备了对锂离子具有高选择性、高吸附容量的复合型杂化吸附提锂材料(WP@PSS@Cu-MOF)。在实验研究过程中,我们发现这种高选择性、高吸附容量的实现得益于该复合吸附材料中Cu-MOF材料筛分效应和PSS聚合物对锂离子亲和力的协同作用。研究还发现,PSS的引入量能够显著影响锂离子的饱和吸附容量,过量的PSS还会影响Cu-MOF材料的形核生长与结构稳定。此外,废纸纤维的引入使得该复合吸附材料成型以易于回收再利用,避免了粉末型MOF吸附材料的团聚,这进一步增强了对锂离子的饱和吸附容量。因此,所制备的复合型杂化吸附提锂材料(WP@PSS@Cu-MOF)在吸附分离领域具有一定潜在重要应用前景。此外,本项实验设计制备不仅为利用低成本废弃生物质材料为模板制备功能性吸附材料提供了一种绿色、简单的策略,而且还对废弃物的环境污染整治具有重要的意义,符合国家绿色环保、可持续发展战略。