[发明专利]一种用于高效镁锂分离的纳滤膜制备方法及应用

说明书

本发明涉及一种用于高效镁锂分离的纳滤膜制备方法及应用，属于膜技术领域。本发明将分子量约70000的支化聚乙烯亚胺(PEI)以及哌嗪六水合物(PIP)混入水中得到水相溶液，将均苯三甲酰氯(TMC)溶解在正己烷中得到油相溶液。先用水相和油相溶液在超滤基膜上反应，利用界面聚合法在超滤膜表面形成致密的聚酰胺层，再用氨基离子液体(NHsubgt;2/subgt;‑IL)溶液对已形成的聚酰胺膜进行改性，得到氨基离子液体改性支化聚乙烯亚胺纳滤膜(NHsubgt;2/subgt;‑IL/PEI/PA)。最终得到的NHsubgt;2/subgt;‑IL/PEI/PA纳滤膜具有高正电性、高通量的优点。在对镁锂体系进行分离时，可以做到更高的镁锂分离效率。

技术领域

本发明属于纳滤膜制备技术领域，尤其涉及一种用于镁锂分离的纳滤膜的制备方法及应用。

背景技术

近年来，随着碳中和概念的普及，新能源行业得到了巨大的发展，锂作为重要的储能元素，一直处于供不应求的状态。我国锂矿资源主要存在于盐湖卤水中，从成分复杂的卤水中提取锂元素，需要高效的锂分离与富集技术。

我国盐湖的主要特点之一是镁锂比较高，由于镁和锂的物理化学性质十分接近，将二者分离存在一定困难。目前，从盐湖中提取锂的一种重要手段是纳滤膜技术。纳滤膜作为一种压力驱动的分离膜，分子孔径介于超滤膜和反渗透膜之间，能够分离纳米尺度的物质。然而，传统的纳滤膜采用含氨基和酰氯基团物质交联形成分离层，反应后残余的酰氯基团容易水解成羧基，此类聚酰胺膜表面往往带负电。由于镁离子(Mg²⁺)在水中主要以正二价的形式存在，根据静电作用原理，负电的聚酰胺纳滤膜对镁离子(Mg²⁺)的分离性能往往欠佳。因此，开发一种正电性强的纳滤膜是纳滤膜用于镁锂高效分离的关键技术之一。此外，更高的过滤通量能够提高产量，更稳定的膜结构可以降低膜更换成本，带来更高的效益。

支化聚乙烯亚胺(PEI)是一种水溶性较高的聚合物，本身带有大量氨基，在水中呈现正电性质。将PEI混入水相溶液，可以向纳滤膜中引入大量氨基，从而提升纳滤膜正电性。此外，由于支化聚乙烯亚胺的高度亲水性，也可以提高纳滤膜的亲水性。然而，由于支化聚乙烯亚胺的氨基会参与油相与水相溶液间的界面聚合反应，对界面聚合反应可能产生不利影响。氨基离子液体作为常温下完全呈离子状态的物质，由含氨基的阳离子和阴离子构成。特别地，当氨基阳离子额外带有咪唑基团，如1-胺丙基-2，3-二甲基咪唑溴盐、1-胺丙基-3-甲基咪唑溴盐和1-胺乙基-3-甲基咪唑溴盐，一方面，阳离子上的氨基部分可以参与界面聚合反应，使阳离子接枝到纳滤膜表面，并且消耗掉纳滤膜表面多余的负电基团；另一方面，离子液体本身带有的咪唑基团不参与界面聚合反应，这样就避免了正电性被油相中均苯三甲酰氯消耗以及过度交联的问题，可以为纳滤膜带来更高的正电性。此外，有研究表明，部分氨基离子液体还有助于提高膜通量和结构稳定性[H.-F.Xiao,C.-H.Chu,W.-T.Xu,B.-Z.Chen,X.-H.Ju,W.Xing,S.-P.Sun,Amphibian-inspired amino acid ionic liquidfunctionalized nanofiltration membranes with high water permeability and ionselectivity for pigment wastewater treatment,J.Membr.Sci.586(2019)44–52.]，因此具备用于高效镁锂分离纳滤膜制备的潜力。

发明内容

本发明的目的是提供一种用于镁锂分离的纳滤膜的制备方法，优选支化聚乙烯亚胺和哌嗪六水合物组合作为水相单体，均苯三甲酰氯作为油相单体，通过界面聚合的方法在基膜表面形成致密的聚酰胺层，得到纳滤膜。在此基础上，利用氨基离子液体对纳滤膜表面进行改性，进一步提高纳滤膜的正电性、水通量以及稳定性。因此，通过这种方法制备得到的纳滤膜对水中的镁离子具有更高的截留效果，进而可以更高效地分离水中的镁离子(Mg²⁺)和锂离子(Li⁺)。此外，还具有通量和稳定性高的特点。