[發明專利]一種電場耦合冠醚功能化納濾膜分離鎂鋰的方法

有效

• 申請號: 202210011920.8
• 申請日: 2022-01-07
• 公開（公告）號: CN114749025B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 嚴峰;王明霞;馮明娜;郭宗華;李太宇;郭睿;張文秦
• 申請（專利權）人: 天津工業大學
• 主分類號: B01D61/48
• 分類號: B01D61/48;B01D61/00;B01D69/12;B01D71/56;B01D71/52
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本發明提供了一種電場耦合冠醚功能化納濾膜分離鎂鋰的方法。該方法包括：首先以二氨基二苯并冠醚和多元酰氯為單體，采用界面聚合方法制備具有鎂鋰分離性能的冠醚功能化納濾膜，然后將該納濾膜固定于電滲析池兩室中央，在與冠醚功能層接觸的一側放入鎂、鋰混合液，并插入鈦合金電極作為陽極(稱為陽極室，或原料液)，在另一側則放入去離子水或稀酸溶液，并插入鈦片電極作為陰極(稱為陰極室，或滲透液)。在濃度差和電場驅動下，鎂離子透過膜進入陰極室，而鋰離子則被截留在原料液中，從而實現鎂、鋰離子分離。該方法能耗低、操作簡單、易于放大，對鎂、鋰離子分離效率高。

技術領域

本發明屬于鎂鋰分離技術領域，特別涉及一種電場耦合冠醚功能化納濾膜分離鎂鋰的方法。

背景技術

隨著電動汽車和電子產品的迅猛發展，人們對鋰的需求正在迅速上升。鋰的主要來源之一是鹽湖鹵水，但鹵水中往往含有Mg²⁺，其離子水化半徑與Li+相近，影響Li⁺的分離。此外，許多鹵水具有較高的Mg²⁺/Li⁺質量比(40～1837)。傳統分離鎂鋰的方法包括沉淀法、吸附法、溶劑萃取法等，這些方法對于高Mg²⁺/Li⁺質量比的體系分離效果不佳。

近年來，納濾膜因其能耗低、分離過程無化學反應等優點被廣泛應用于水處理、金屬離子分離等領域。由于納濾膜獨特的孔徑和荷電性，可以通過空間位阻或道南排斥效應來分離一價、二價離子。

當前，制備納濾膜的方法主要是界面聚合法，其操作流程相對簡單。通常情況下，將基膜依次浸泡在多元胺水相和多元酰氯油相中。多元胺和多元酰氯在基膜表面交聯以形成薄的聚酰胺(PA)功能層(分離層)。調控納濾膜性能的策略通常包括改變多元胺單體的結構和界面聚合后處理。目前常用的多元胺單體包括哌嗪、間苯二胺、聚乙烯亞胺、己二胺等，如中國專利CN113368693A公開了一種高通量反滲透膜的制備方法，采用間苯二胺、哌嗪和聚乙烯亞胺為多元胺單體與多元酰氯界面聚合，所制備的納濾膜具有良好的截留和較高的水通量。界面聚合后處理除了常規烘箱加熱外，還包括熱水處理。中國專利CN109499384A公開了一種熱水后處理和pH調控制備高通量納濾膜的方法，在制備納濾膜功能分離層的過程中，對界面聚合后的初生功能分離層進行堿性熱水后處理，所制備的納濾膜在操作壓力0.5MPa，操作溫度為25℃條件下，通量達到了201.7L/(m²·h)，對硫酸鈉截留率達到97.2％。

盡管當前納濾膜的制備技術較為成熟，也被廣泛用于鎂鋰分離，然而其分離機制仍然主要是依靠孔徑篩分和道南效應。通常情況下，鎂離子和鋰離子均可透過膜，只是由于膜表面的荷電性，鎂離子和鋰離子透過膜的速率有所不同，從而實現一定程度上的鎂鋰分離，鎂鋰分離效率不夠高。此外，常規納濾膜需要較高壓力驅動，能耗較高。

發明內容

針對現有技術的不足，本發明的目的是提供一種電場耦合冠醚功能化納濾膜分離鎂鋰的方法，該方法由于納濾膜表面具有豐富的冠醚功能基團，能夠選擇性地絡合鋰離子，使鋰無法透過納濾膜，而鎂與冠醚的作用力弱，可以透過納濾膜，因而在滲透液中可獲得純度較高的鎂，而在原料液中可將鎂鋰比大幅度降低。