一种锂镁分离用荷正电纳滤膜制备方法及应用

本发明涉及纳滤膜制备，尤其涉及一种锂镁分离用表面荷正电纳滤膜的制备方法及应用。

背景技术：

1、锂元素作为一种高度需求的金属元素，被誉为未来的“白色石油”，广泛应用于电池、润滑剂、制冷剂、陶瓷、药物和核聚变等方面，随着新能源、汽车和电子行业的新兴，全球对于锂的需求仍然居高不下甚至在不断上升。我国盐湖锂资源占已探明锂资源的76.4％，约占世界锂资源的1/3。我国的锂资源主要分布在青海和西藏中的盐湖，分别占全国总储量的48.5％和18.8％，具有很高的开采价值。由于地质构造的不同，盐湖卤水中的li+浓度在万分数和百分数之间，同时还有mg2+、ca2+、k+、na+、cl-等共存离子，其中mg2+和li+具有相似的水合离子半径和化学特性，这增加了高纯度li的提取难度。

2、纳滤膜分离法相比于其他传统盐湖提锂工艺，具有高效、节能、环保、占地面积小以及操作灵活的优点。纳滤膜分离技术中，膜材料基于分子筛分效应、donnan效应、介电排斥效应的共同作用，能有效截留mg2+，透过li+，表现出良好的选择性。

3、聚乙烯亚胺含有高密度，均匀分布的氨基，是已知正电荷密度最高的分子，常用于荷正电纳滤膜的制备。将聚乙烯亚胺和酰氯聚合得到含有大量氨基的聚酰胺层，聚乙烯亚胺分子中的叔胺和聚合过程中未反应的伯胺、仲胺能够螯合金属离子，或在酸性或中性条件下质子化从而获得正电，增强对正电离子的排斥作用。同时通过植酸和金属离子受体的配位作用，将植酸和金属离子受体共同锚定在基底上，形成植酸和金属离子修饰过的基底。植酸作为一种富含磷酸基团的物质，具有很高的电荷密度。同时由于植酸的存在，在基底上进行界面聚合的过程中，与水相胺单体形成很强的静电相互作用，协同一部分氢键作用共同影响水相胺单体的扩散从而形成更薄的pa层达到提高通量的目的。

4、现阶段制备锂镁分离膜主要使用哌嗪作为水相单体进行界面聚合，由于哌嗪为小分子物质，相比于聚乙烯亚胺在水中的扩散速度更快，因此更难以调控反应速率，且哌嗪作为水相单体制备得到的纳滤膜表面带有负电荷，在阳离子过滤方面效果并不突出。

技术实现思路

1、本申请针对现有技术中水相单体扩散速度过快，难以调控以及在阳离子过滤效率不佳的问题进行改进。通过使用大分子聚乙烯亚胺降低了水相单体的扩散速率，再在pes基底上负载一层植酸和乙酰丙酮铁的中间层，通过植酸的静电作用吸附聚乙烯亚胺进一步地降低了聚乙烯亚胺的扩散速率从而降低了界面聚合反应速率，同时由于聚乙烯亚胺制备可以得到高荷正电性纳滤膜，在过滤阳离子方面具有较优性能。

2、本发明提供了一种用于制备锂镁分离用荷正电纳滤膜的制备方法，解决了现有锂镁分离工艺中锂镁选择性分离效率低的不足。

3、本发明所采用的技术方案是:

4、(1)植酸溶液的配制:取一定量的植酸溶液溶解在去离子水中；

5、(2)乙酰丙酮铁正己烷溶液的配制；取一定量乙酰丙酮铁粉末溶解在正己烷溶液中；

6、(3)将聚醚砜超滤膜基底依次浸泡在植酸溶液和乙酰丙酮铁正己烷溶液中，一段时候取出接着对膜进行热处理；

7、(4)水相溶液的配制:取一定量聚乙烯亚胺溶解在去离子水中；

8、(5)有机相溶液的配制:取一定量均苯三甲酰氯溶解在正己烷中；

9、(6)界面聚合反应:将聚醚砜超滤膜基底依次浸泡在水相溶液和有机相溶液中，一段时间后取出膜并进行热处理后得到锂镁分离用荷正电纳滤膜。

10、进一步地，步骤(1)植酸浓度为0.2wt％；所述步骤(2)中乙酰丙酮铁的浓度在0.1～0.8g/l之间。

11、进一步地，步骤(3)中在植酸水溶液和乙酰丙酮铁正己烷溶液中的浸泡时间均为10min，热处理温度为60℃，热处理时间为10min。

12、进一步地，所述步骤(4)中采用聚乙烯亚胺分子量在600～70000之间作为水相单体。

13、进一步地，所述步骤(4)中采用聚乙烯亚胺浓度为0.5～2.5wt％之间作为水相单体。

14、进一步地，步骤(5)中均苯三甲酰氯浓度为0.15wt％。

15、进一步地，步骤(6)中在水相溶液中浸泡时间为10min，在有机相溶液中浸泡时间为45s；热处理温度为60℃，热处理时间为10min。

16、进一步地，本申请公开了一种锂镁分离用荷正电纳滤膜，所述滤膜利用上述方法制备获得。

17、本发明的有益效果:

18、本申请借由上述方案，通过在聚酰胺选择层和超滤膜基底中引入一层植酸和乙酰丙酮铁中间层，通过静电和氢键相互作用对聚乙烯亚胺的扩散起到调控作用，与均苯三甲酰氯进行界面聚合制备荷正电纳滤膜具有高正电性和通量，适合用于高镁锂比情况下的锂镁分离。

技术特征：

1.一种锂镁分离用荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤:

2.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(1)植酸浓度为0.2wt％；步骤(2)乙酰丙酮铁浓度为0.1～0.8g/l。

3.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(3)中在植酸水溶液和乙酰丙酮铁正己烷溶液中的浸泡时间均为10min，热处理温度为60℃，热处理时间为10min。

4.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(4)中采用聚乙烯亚胺分子量大小在600～70000之间作为水相单体。

5.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(4)中采用聚乙烯亚胺浓度在0.5wt％～2.5wt％之间作为水相单体。

6.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(5)中均苯三甲酰氯浓度为0.15wt％。

7.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(6)中在水相溶液中浸泡时间为10min。

8.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(6)中在有机相溶液中浸泡时间为45s。

9.根据权利要求1所述的锂镁分离用表面荷正电纳滤膜制备方法，其特征在于：步骤(6)中热处理温度为60℃，热处理时间为10min。

10.一种锂镁分离用荷正电纳滤膜，其特征在于，利用权利要求1-9任一所述的方法制备获得。

技术总结本发明涉及一种锂镁分离用荷正电复合纳滤膜的制备方法及其应用，其制备方法包括:将聚醚砜超滤膜基底分别浸泡在植酸水溶液和乙酰丙酮铁的正己烷溶液之后，用分子量约10000的聚乙烯亚胺水溶液和均苯三甲酰氯的正己烷溶液在被植酸和乙酰丙酮铁处理过的聚醚砜超滤膜上进行界面聚合得到荷正电纳滤膜。通过在超滤膜上负载中间层控制纳滤膜的形成，提高对镁离子的过滤效率。本发明制备的荷正电纳滤膜通量较高，可以实现对锂镁高效分离。技术研发人员：赖跃坤,许伟业,黄剑莹受保护的技术使用者：福州大学技术研发日：技术公布日：2024/8/16