[发明专利]一种纳滤膜及其制备方法和应用

说明书

本发明涉及一种纳滤膜及其制备方法和应用。所述纳滤膜包括聚醚砜多孔支撑层和形成于所述多孔支撑层上的聚酰胺层，所述聚酰胺层表面或内部含有氢氧化铝纳米粒子。氢氧化铝纳米粒子对锂离子具有特异性的吸附渗透作用，可作为锂离子传递通道促进镁锂分离，提高渗透液中锂离子含量。本发明通过氢氧化铝纳米粒子的引入，使纳滤膜的镁锂分离效果提高，在盐湖提锂领域具有良好的应用前景。

技术领域

本发明属于水处理膜技术领域，具体涉及一种高选择性纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术

锂资源是一种重要的金属资源，广泛应用于锂电池领域。在新能源产业的快速发展及产业布局下，新能源汽车成为各国发展的重要领域，相应带动了锂电池需求的迅猛增长。我国是锂资源大国，虽然锂资源的储备量位于世界第二位，但从锂资源的资源品味、开发的难易程度、以及开采成本三个角度来说，我国并不占优势。由于我国锂资源集中在青海和西藏，储备形式多为盐湖。西藏的盐湖，资源品味相对高，但是地理位置决定其开发难度非常高。而青海的盐湖，资源品味相对低，但由于其镁锂比比较高，开采工艺复杂，成为锂资源提取的难点。

针对镁锂比比较高的盐湖开采，纳滤技术成为一种新型的提取技术。纳滤膜具有纳米级的孔径，截留分子量在200-1000之间，表面多带电荷，在孔径筛分、电荷效应、离子扩散等多机制协同作用下，纳滤膜对二价及以上的多价离子具备较高的截留率，而对单价离子具备较低的截留率，因此可实现单价与多价离子的分离。目前，纳滤膜已应用于盐湖提锂领域，主要为镁锂分离这一关键步骤，纳滤渗透液再进后续锂离子浓缩工艺，最终形成碳酸锂等锂电池原材料。

然而事实上，目前报道的应用于镁锂分离领域的纳滤膜相对较少，通常选用现有商品化的纳滤膜，探究膜片对镁锂分离合适的使用条件。中国文献(《无机盐工业》52(2020)42-48，文章编号：1006-4990(2020)04-0042-07)对6种市售的纳滤膜进行了镁锂分离实验，通过改变操作条件，挑选出合适的膜片。也有研究学者采用改变复合膜表面荷电性的方法，提高对镁离子的截留效果，制备出高镁锂分离效果的膜片。中国公开专利CN110026091A使用氨基功能化离子液体与初生聚酰胺层表面酰氯基团反应，获得荷正电复合纳滤膜。膜片对钙、镁等阳离子的截留率达到90％以上，对钠、锂等一价阳离子的截留率低至10％-20％，复合膜的镁锂比分离效果得到提高。中国公开专利CN109173737A以聚乙烯亚胺为复合膜的功能层材料，通过芳香多元酸为交联剂改性，同样制备出了荷正电纳滤复合膜。膜片正电性较强，水渗透通量大，对高低价阳离子的区分度较高，可用于盐湖提锂等领域。

但是在盐湖提锂用纳滤膜领域，针对镁离子与锂离子的分离问题，研究者们通常从提高膜片的镁离子截留方面入手，并没有关注锂离子渗透问题。然而，镁离子的截留有上限，否则会引起锂离子的截留增加，因此镁锂分离效果并不能持续提高。另一方面，渗透液中镁离子含量降低的同时，锂离子含量却得不到提高，直接制约着后续锂离子浓缩的效率。因此，如何在保持纳滤膜对镁离子截留率不变的条件下，进一步促进锂离子渗透，提高锂离子在渗透液中的含量，以此提高镁锂分离效果并有助于后续锂离子浓缩，成为制备高选择性纳滤膜亟需解决的问题。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述纳滤膜中存在的问题，提供一种纳滤膜，该纳滤膜在保持对镁离子截留率不变的条件下，对锂离子渗透性提高，渗透液中锂离子含量增加，从而实现良好的镁锂离子分离效果。

本发明的另一目的在于提供上述纳滤膜的制备方法，工艺简单易行。

为实现上述发明目的，本发明的技术方案如下：

一种纳滤膜，所述纳滤膜包括聚醚砜基膜和形成于基膜之上的聚酰胺层，所述聚酰胺层内部和表面含有氢氧化铝纳米粒子。优选地，氢氧化铝纳米粒子占聚酰胺层0.2wt％-30wt％。

本发明中，氢氧化铝纳米粒子含量，可通过膜表面元素分析(XPS)方法，检测Al元素含量，进而计算出氢氧化铝粒子的含量占比。