磺酸功能化COF材料的合成及选择性吸附提锂研究.pdf

中文摘要

Li21

锂（）是世纪的能源战略金属，在航天航空、储能、新能源汽车与核能开

发等领域受到广泛应用，导致其需求日益激增。由于我国锂矿石原料长期依赖进口，

人们逐渐将目光转移到盐湖卤水、地热和海水等液态资源中提锂。吸附法以其能耗

低、绿色环保、选择性好和适用范围宽等优点，近年来得到迅速发展，尤其适用于

Li+

各种液态锂资源体系。吸附容量普遍较低是目前吸附法面临的主要问题，开发具

有高效吸附性能的吸附材料是吸附提锂的关键。

COFs

共价有机框架（）是一类由共价键连接的有机多孔聚合物，具有周期性网

络结构、有序可调的孔结构以及易于功能化修饰等优点，在吸附分离领域表现出良

好的性能和应用潜力。阴离子型COFs的骨架由离子或可电离的基团构成，具有定向

-SOHCOFs

离子通道，能够选择性捕获或传输阳离子。将磺酸基团（3）功能化到骨

架中不仅可以保留COFs的规则孔道和结构稳定性，还可以使结构包含负电荷，与

++

Li产生静电吸附作用，进一步提高对Li的吸附能力。

COFsTpPaTpPa-SOHTpBd-SOH

本文合成了三种不同结构的材料（、3和3），

pHCOFsLi+

考察了不同锂盐阴离子、温度、、溶剂等单因素条件下三种对吸附性能

+

的差异；对吸附Li后的COFs进行波谱学表征，并结合密度泛函理论（DFT）计算

Li+

从吸附构型、能量和电子性质等角度来揭示的吸附机制。主要研究内容及结论如

下：

（1）采用溶剂热法合成了三种不同结构的COFs材料，即未引入-SOH基团的

3

TpPaTpPa-SOHTpBd-SOH

，磺酸功能化的3及3。通过耐压管进行扩大规模合成，在

13

PXRDFT-IRCNMRN-TGA

实验室条件下实现了克级产量。通过、、、吸附脱附和

2

等多种表征证明合成的COFs具有结晶性高、化学性质稳定、孔道结构有序等特点。

2TpPaTpPa-SOHTpBd-SOHLi+

（）考察了、3和3材料在不同影响因素下对的吸

附性能，结果表明，当处于温度较低、溶剂极性较高的软阴离子体系时，三种COFs

+

材料均对Li表现出优异的吸附能力，且具备极宽的pH适用范围以及良好的循环使

TpPa-SOHLi+

用性能。其中3材料对的吸附能力、吸附速率最为显著，最高吸附容量

可达184mg/g。