[发明专利]一种锂离子印迹膜的合成方法及其用途

说明书

技术领域

本发明属于材料制备领域，涉及一种锂离子印迹膜的制备方法。

背景技术

分离膜(separation membrane)，指具有选择性分离功能的膜材料，它可使流体内的一种或几种物质透过，而其他物质不能透过，从而起到分离、纯化和浓缩的作用。膜可以是均相的或非均相、对称形的或非对称形的、固态的或液态的、中性的或荷电性的。被膜分离的流体物质可以是液态的、也可以是气态的，膜具有选择透过性，这也是膜与膜分离过程的固有特性。分离膜适用分离的范围极广，从微粒级到微生物菌体，甚至离子级都有其用武之地，关键在于选择不同的膜类型，所以膜分离技术在海水淡化、饮用水净化、工业废水和生活污水处理与回用以及化工、医药、食品等行业的分离、纯化和浓缩等领域得到广泛应用，为循环经济、清洁生产等提供了技术保障，已成为推动产业发展、改善人类生产环境的共性支撑技术之一。

分子印迹技术(Molecularly imprinted technique,MIT)是模拟自然界中如：酶与底物、抗体与抗原等的分子识别作用，以目标分子为模板分子制备对该分子具有特异选择性识别功能的高分子印迹聚合物(Molecularly Imprinted Polymers，MIPs)的一种技术。离子印迹技术(Ion imprinted technique,IIT)是分子印迹技术的分支，它以阴、阳离子为模板，通过静电、配位等作用与功能单体相互作用，交联聚合后去除模板离子便获得了具有特定基团排列、固定空穴大小和形状的刚性聚合物，形成的三维空穴对目标离子具有特殊亲和性及识别性，越来越多的被用于金属离子的分离、富集方面。离子印迹膜(Ion imprinted membranes,IIMs)将离子印迹技术与膜分离技术耦合，作为一种具有较高利用率同时对环境污染小的新型材料，被广泛应用到分离、纯化领域。

常用的有机含氟聚合物制膜材料主要有聚四氟乙烯(PTFE)和聚偏氟乙烯(PVDF)。其中PVDF是目前较理想的超滤膜和微滤膜的制膜材料。PVDF是一种白色粉末状结晶性聚合物，具有优异的抗紫外、耐气候老化性及抗污染性，可溶于极性有机溶剂如二甲基甲酰胺(DMF)、二甲基乙酰胺(DMAc)、二甲基亚砜(DMSO)、N-甲基吡咯烷酮(NMP)。PVDF有良好的成膜加工性能，既可采用溶液相转化法成型，也可采用熔融纺丝或热致相分离法制膜。所以选用该材料作为基底的膜对环境有较好的适应性。

锂(lithium)及其化合物以其优异的性能而广泛应用于锂电池工业、电子、冶金、化工、医药、能源等领域，在国民经济和国防建设中具有重要的战略地位，被誉为“21世纪新能源”。锂在生命科学领域也起着重大作用，锂不仅能改善造血功能提高人体免疫机能,对中枢神经活动也有很好的调节作用，能镇静、安神且控制神经紊乱，亦可防治心血管疾病。近年来锂消费量以每年7％-11％的速度增长，然而现有锂资源却日渐枯竭。其中玻利维亚、中国和智利的储量基础占世界总储量基础的80％以上。相比陆地上的锂资源，海水及湖水的含锂量相当巨大。资料表明，盐湖锂占世界锂储量的66％和锂储量基础的80％以上。因此，提高锂的回收率是非常有必要的。考虑到单纯的分离膜的选择性不高，引入离子印迹技术，在其表面形成印迹层，以提高膜的选择性，为锂离子分离、纯化过程提供了一类新方法，并不断在大宗工业品分离纯化领域发挥不可替代的作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种锂离子印迹膜，并用于Li⁺、Mg²⁺、Na⁺等多种离子共存的选择性识别和分离。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种锂离子印迹膜的合成方法，步骤如下：

步骤1、将聚偏氟乙烯(PVDF)粉末与聚乙烯吡咯烷酮(PVP)加入到N，N′-二甲基乙酰胺(DMAC)中，恒温下机械搅拌，机械搅拌完成后，保持温度不变静置，通过相转化技术形成PVDF基膜，把此PVDF基膜放在去离子水中保存；

步骤2、将步骤1得到的PVDF基膜浸入到Tris-HCl溶液中，再加入多巴胺，室温下机械振荡，得到表面具有聚多巴胺层的PVDF基膜；

将12-冠醚-4与氯化锂加入到甲醇中，将所述表面具有聚多巴胺层的PVDF基膜浸入到所述混合溶液中，再加入二甲基丙烯酸乙二醇酯(EGDMA)和偶氮二异丁腈(AIBN)，形成混合液，通惰性气体后密封，置于恒温水浴振荡器中反应；

步骤3、将步骤2反应后得到的膜用酸洗脱，得到锂离子印迹膜。