[發明專利]一種離子分離裝置、方法及應用

在審

• 申請號: 202210936521.2
• 申請日: 2022-08-04
• 公開（公告）號: CN115353247A
• 公開（公告）日: 2022-11-18
• 發明（設計）人: 朱嘉;宋琰;方詩琦
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: C02F9/10
• 分類號: C02F9/10;C02F1/44;B01D61/02;B01D61/08;B01D61/10;B01D61/12;C02F101/10
• 代理公司: 南京知識律師事務所 32207
• 代理人: 萬婧

本發明涉及一種離子分離裝置及分離方法，分離方法采用光熱蒸發為離子通過納濾膜提供作用力。分離裝置包括納濾膜，用于分離溶液中的離子；儲鹽層，用于存儲或截留通過所述納濾膜的離子；蒸發層，用于通過光熱蒸發為離子傳輸提供動力；所述納濾膜、儲鹽層和蒸發層通過微孔結構連通。該裝置或方法用于鋰鎂分離，進而實現鹽湖提鋰。本發明利用納米孔道中光熱蒸發產生的兆帕量級毛細負壓驅動納濾膜過濾，實現高選擇性、高通量、低能耗的膜分離提鋰新工藝。

技術領域

本發明涉及一種分離裝置，尤其涉及一種離子分離裝置、方法及應用。

背景技術

鋰及其鹽類是21世紀重要的戰略性金屬礦產資源，被廣泛應用于化工、冶金、航天、電池、核工業等領域。近年來，隨著高端裝備制造、戰略性新興產業和核電等產業快速發展，我國對鋰的需求迅猛增長，對外依存度逐年攀升(2017 年已突破75％)，供需矛盾日益突出。我國不僅是全球最大的鋰消費國，也是鋰資源大國(全球排名第二)。而在已探明的鋰礦儲量中，80％以鹽湖鋰的形式分布在青藏高原等地。因此，加快鹵水鋰資源開發，提升國內鋰供應，降低對外依存度，已成為保障我國鋰資源安全穩定供應的迫切需求。

我國鹽湖鹵水鎂鋰比(質量比，下同)通常高于40:1，是國外鹽湖鎂鋰比的數十倍，且鎂鋰離子化學性質相近，這些使得鎂鋰分離十分困難，成為我國鹽湖鹵水鋰提取過程中的一大難題。針對我國高鎂鋰比的鹽湖鹵水，目前國際上主流的鎂鋰分離及提鋰技術，如沉淀法、煅燒法、萃取法和吸附法等，都存在各自的局限性：沉淀法需使用純堿沉淀鎂，若處理我國高鎂鋰比鹽湖鹵水，須投加大量純堿，提鋰成本急劇升高。煅燒法在其煅燒過程中釋放氯化氫氣體，腐蝕設備，且能耗高、環境污染大。

壓力驅動的納濾膜分離技術是一種用物理手段進行鹽湖提鋰的方法，具有操作簡單、無化學添加等特點，且適用于高鎂鋰比的鹽湖鹵水。納濾膜因其特殊的孔徑范圍和電荷性質，能夠有效截留鹵水中二價和多價離子(Mg²⁺、Al³⁺等)，并一定程度透過單價離子(Li⁺、Na⁺等)，在鎂鋰分離方面具有突出優勢。

然而驅動納濾膜使之截留二價鎂離子、通過一價鋰離子通常需要外加電能施加壓力(0.5MPa)，能量消耗大(占提鋰全過程總能耗的一半以上)、運行成本高、對環境并不友好。因此，設計新型綠色節能的鎂鋰分離材料和方法至關重要，即低能耗的實現鎂離子的截留和鋰離子的富集，這對開發我國鹽湖鋰資源具有十分重要的經濟價值和戰略意義。

發明內容

本發明為了解決現有技術中納濾膜離子分離技術高能耗、高碳排的問題，提供了一種離子分離裝置、方法，該裝置或方法利用光熱蒸發為離子傳輸提供驅動力，實現綠色環保的同時降低運行成本。

一方面，本發明提供了一種離子分離裝置，包括

納濾膜，用于分離溶液中的離子；

儲鹽層，用于存儲或截留通過所述納濾膜的離子；

蒸發層，用于通過光熱蒸發為離子傳輸提供動力；

所述納濾膜、儲鹽層和蒸發層通過微孔結構連通。

作為一種優選方案，在儲鹽層上設置或連接沖洗裝置，所述沖洗裝置用于沖洗出儲鹽層截留的離子。

作為一種優選方案，所述蒸發層產生兆帕級壓力。

作為一種優選方案，所述蒸發層為通過光熱蒸發產生兆帕級的毛細管作用力。

作為一種優選方案，所述蒸發層上的設置有納米級通道。

作為一種優選方案，所述蒸發層為水凝膠。

作為一種優選方案，所述蒸發層上設置有吸熱或吸光體系。

作為一種優選方案，所述蒸發層內分散有光熱納米材料。