[发明专利]一种离子分离膜的制备方法及其应用

说明书

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种离子分离膜的制备方法及其应用。特指以聚偏氟乙烯共混氧化石墨烯为基底膜、介孔硅和18‑冠‑6‑醚构成吸附剂、铷离子为模板离子，通过延迟相转化法固定在基底膜上，结合膜分离技术，制备离子分离膜。选择性吸附实验用来研究所制备的离子分离膜的选择性吸附能力；选择性渗透实验用来研究所制备的离子分离膜对目标物铷离子和非目标物的选择性渗透能力；结果表明利用本发明制备的离子分离膜对铷离子具有较高的特异性识别能力和吸附分离能力。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种离子分离膜的制备方法及其应用。

背景技术

铷具有极大的经济和军事效益，已广泛应用于环境科学，国防工业，航空航天工业，能源领域，需求日益增加。铷离子伴随着其他碱金属存在于盐湖卤水中，例如钙（Ca），镁（Mg）和铯（Cs）等。现有的从盐湖卤水中分离碱金属离子的传统方法主要为溶剂萃取、蒸发以及沉淀法；然而，传统方法存在回收率低、分离效率低和选择性差的问题。因此，找到一种选择性分离铷的有效方法至关重要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的技术缺陷，提供一种离子分离膜的制备方法及其应用，采用本发明提供的方法制备的离子分离膜可以解决铷离子分离过程中流量小、流速低的问题，提高分离效率。

本发明提供了一种离子分离膜的制备方法，所述制备方法为，将氧化石墨烯和聚偏氟乙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮溶液中搅拌后形成预共混体系的乳液，氧化石墨烯、聚偏氟乙烯和N-甲基吡咯烷酮的质量比为1：20：100；将均匀涂有乳液的平板和吸附剂同时浸没在乙醇和水组成的混合溶液中浸泡，刮膜，洗脱，晾干后得到离子分离膜（Rb-ISMs）；所述的搅拌时间为12~ 36 h，浸泡时间为6~24 h。

本发明中所述的吸附剂为将介孔硅和冠醚溶解在N，N-二甲基甲酰胺溶液中，抽真空直到饱和，旋转蒸发除去N，N-二甲基甲酰胺后制得；所述的介孔硅和冠醚的质量比为20：1；抽真空的温度为45℃。

更进一步地，所述的旋转蒸发的温度为80℃，旋转蒸发时间是12~36 h。

进一步地，本发明中所述的介孔硅的制备方法为；将三氧化二铁浸泡在混合液A中，超声均匀，快速搅拌过程中逐滴滴加混合液B，密封，离心，清洗，晾干后三氧化二铁外包裹了一层硅球，得到包硅后的三氧化二铁，将包硅后的三氧化二铁和十六烷基三甲基溴化铵浸泡在混合液A中，超声均匀，快速搅拌过程中逐滴滴加混合液B，煅烧后得到介孔硅；所述的混合液A为去离子水，乙醇和氨水组成，所述的混合液B为乙醇和正硅酸乙酯组成；所述的快速搅拌时间为4~8 h；所述煅烧的温度是450-650℃，煅烧时间为3-6h。

本发明所述技术方案中所述的冠醚为18-冠-6醚，其作用为有机配体；所述的介孔硅，其作用为无机配体；所述的氧化石墨烯和聚偏氟乙烯溶解在N-甲基吡咯烷酮溶液中形成预共混体系，其作用为基底膜材料。

本发明还提供了根据上述制备方法制备得到的离子分离膜。

本发明还提供了所述的离子分离膜作为吸附和分离铷离子的应用；所述应用为在类似物中选择性吸附和分离铷离子；具体应用于铷离子、钙离子、镁离子和铯离子的混合溶液中铷离子的选择性吸附和分离。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

与现有技术相比，本发明提供的离子分离膜制备方法为将18-冠-6-醚固定在中孔无机二氧化硅材料上以形成吸附剂，然后进行延迟相转化法将吸附剂固定在聚偏氟乙烯氧化石墨烯基膜表面上。本发明采用具有高亲水性和高机械强度的聚偏氟乙烯和氧化石墨烯形成的共混体系作为基底膜材料，制备的离子分离膜具有孔隙率高、通量高、流速大的优点，与现有铷离子的分离膜相比，对类似物中铷离子的分离效率大幅提高。