[發(fā)明專利]可甄別水溶液中不同離子的核孔膜及其制備方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201610011636.5
• 申請日: 2016-01-08
• 公開（公告）號: CN105561804B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 王宇鋼;凌云;文琪;王鵬飛;閆東曉
• 申請（專利權(quán)）人: 北京大學(xué)
• 主分類號: B01D69/02
• 分類號: B01D69/02;B01D67/00
• 代理公司: 北京萬象新悅知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11360
• 代理人: 李稚婷

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及核技術(shù)應(yīng)用領(lǐng)域，更具體地，涉及一種可甄別水溶液中不同離子的核孔膜及其制備方法。

背景技術(shù)

分離水中離子，在工業(yè)生產(chǎn)、污水處理等方面都有重要的應(yīng)用價值。如堿金屬離子因其性質(zhì)相似，通過一般的過濾等方式較難甄別，通常利用某種離子的特性進(jìn)行甄別(如鈉離子與鉀離子在不同溫度溶解度相差很大，一般采取降溫析出分離)。而二價及更高價態(tài)的陽離子，因?yàn)橐话銓θ梭w具有毒性，在水凈化(污水中的毒性離子多以二價或高價陽離子形式存在，如銅、鐵、鎘等二價離子，鋁等更高價態(tài)離子)，海水脫鹽(分離海水中的Na與Mg離子)等領(lǐng)域都有重要的價值。同時，在制鹽過程中，過濾有害陰離子(如Br^-)也是重要的應(yīng)用之一。

核孔膜在污水處理、空氣凈化、新能源、醫(yī)學(xué)和科學(xué)研究等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用。高分子膜經(jīng)重粒子轟擊之后會在粒子經(jīng)過的區(qū)域形成損傷區(qū)，然后使用化學(xué)試劑對損傷區(qū)域進(jìn)行刻蝕，可以在膜內(nèi)形成孔道，這種具有由重粒子輻照形成的孔道的高分子膜也可以稱為核孔膜。通過改變不同種類的高分子膜材料、重粒子轟擊的計量、化學(xué)刻蝕環(huán)境等參數(shù)，可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求制作出納米到微米數(shù)量級的孔道。

現(xiàn)有技術(shù)中制作核孔膜基本都是使用重粒子轟擊高分子膜，之后相繼采用UV(紫外)輻照、化學(xué)刻蝕等處理，得到孔徑在數(shù)十納米到數(shù)微米量級的核孔膜。但是，由于化學(xué)刻蝕的方法對損傷區(qū)的刻蝕速率極快，通常刻蝕出的納米孔都在幾十納米以上，很難制作出極小尺度(亞納米到數(shù)納米)的納米孔。通過化學(xué)刻蝕產(chǎn)生的核孔膜孔徑一般只能用于過濾大分子或大顆粒物質(zhì)，比如細(xì)菌、灰塵等微米量級的污染物等，最多也只能分離陰陽離子。對于水環(huán)境中的不同族的陽離子不具有明顯的選擇性，也就限制了納米核孔膜在污水凈化、離子分離等領(lǐng)域的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種可甄別不同陽離子，并完全阻礙陰離子透過的核孔膜及其制備方法，以在污水凈化、離子分離等領(lǐng)域?qū)⒁粌r陽離子和多價陽離子分開、甚至將同族陽離子高選擇性地甄別。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種核孔膜，是具有納米孔的高分子薄膜，其孔道直徑在亞納米到數(shù)納米之間(0.2～10納米)，該核孔膜在水溶液中中選擇性透過不同陽離子，但不能透過陰離子。

本發(fā)明的核孔膜在水溶液中對不同離子的透過速度差異極大，可以有選擇性地不同程度地甄別不同陽離子。以Li⁺的透過通量為基準(zhǔn)，Li⁺透過通量可以是高價重金屬陽離子(如Cu²⁺、Mn²⁺等)透過通量的10⁶倍，Li⁺透過通量可以是陰離子(常見的例如Cl^-、SO₄^2-等)透過通量的10⁹倍。這樣就使這種膜在完全阻止陰離子的基礎(chǔ)上，可以甄別不同價態(tài)的陽離子，同一價態(tài)不同周期的或不同主族的陽離子。