[发明专利]一种对单一阳离子具有选择性的离子交换复合膜

说明书

技术领域

本发明涉及膜分离技术领域，具体地说是一种对单一阳离子具有选择性的离子交换复合膜其制备方法和应用。

背景技术

膜分离技术因其便于连续操作、易于放大、能耗低、能量利用率高等优点,被看作一种“绿色化学”的典型,在医药、食品、化工和农业等行业的分离、分析与制备过程中都已涉及或希望应用膜分离技术。性能优良的单一阳离子选择性分离膜在海水中稀有金属离子的资源化提取、以及含重金属或贵金属离子废水的资源化回收处理方面具有广阔的应用前景。目前市售膜中能实现离子选择性分离的膜主要有离子交换膜和纳滤膜。离子交换膜通过Donnan排斥效应实现阴离子和阳离子间的分离；纳滤膜主要根据表面带有的电荷对不同价态离子的排斥作用不同，可以实现单价离子和高价态离子间的选择性分离。CN 101472672A公开了一种含锂离子专一性离子载体的复合锂离子选择性膜的制备方法，用于测定流体中锂离子的浓度；CN1302223A披露了一种不用挤出溶剂制成离子选择性膜和这种膜的制备方法；CN1265334A报道了由一种阳离子聚合物和一种阴离子聚合物在定形编织物衬底上制得离子选择性膜的方法，该膜可用于电解质渗透。但这些方法制备的离子选择性膜大多限于浓度分析，不能满足分离膜在大规模的单一离子的选择性提取和连续化回收中的应用。

分子识别在自然界扮演着不可缺少的角色,它是大部分生物过程,如配体-受体结合、底物-酶相互作用等得以进行的基础。分子印迹技术正是通过模拟自然界所存在的这种分子识别作用,在聚合物材料中引入分子识别位点,制备在空间和结合位点上与目标分子完美匹配的聚合物,即分子印迹聚合物,以实现对目标分子的特异性选择。分子印迹膜兼具分子印迹技术的选择性和膜技术连续操作和低能耗的特点，成为从结构类似混合物中分离特定目标分子的有效手段。作为分子印迹膜的一个重要分支，以分离特定单一离子为目标的离子印迹分离膜同样具备以上优点，从而成为制备单一离子选择性膜的有效途径。

目前，离子印迹膜多采用不具备离子传导特性的聚合物制得，其应用仅限于扩散渗析，这种靠膜两侧浓度差推动的离子分离方法通量低、生产效率差。文献检索表明，在本发明完成之前，未发现以离子交换膜为基膜，通过离子印迹技术制备对单一阳离子具有特定选择性的离子交换膜的方法。该膜组装于电渗析装置中，可利用电场显著提高膜的透过通量和分离能力。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种从混合溶液中选择性分离单一阳离子的离子交换复合膜及其制备方法及其应用，该离子交换复合膜用于从含有多种离子的混合水溶液中选择性地提取回收单一阳离子；一种通过沉积法在阳离子交换基膜上引入功能聚合物聚乙烯亚胺（PEI），并利用离子印迹技术制备对单一阳离子具有选择性的离子交换复合膜的方法，该膜组装于电渗析装置中，可提供一种工艺简单、选择性好、连续运行且适用于大规模生产的混合离子溶液的分离方法。本发明的特点在于设计了一种基于聚乙烯亚胺的对单一阳离子具有选择性的离子交换复合膜及其制备方法和应用，之所以选择聚乙烯亚胺聚合物，是因为其具有优良的离子螯合特性，经交联后可形成与模板离子相匹配的作用位点，从而对模板离子具有优良的透过选择性。

本发明解决该技术问题所采用的技术方案是：

一种对单一阳离子具有选择性的离子交换复合膜，该复合膜包括阳离子交换基膜和聚乙烯亚胺改性层，其中聚乙烯亚胺在阳离子交换基膜上的沉积量为2.0-200.0g/m²；

所述阳离子交换基膜，其聚合物骨架为碳氢主链、部分氟化的碳氢主链或全氟化的碳氢主链，该基膜的聚合物骨架上具有磺酸基、磷酸基、羧酸基或酚羟基；该离子交换复合膜的厚度为50-500μm。

所述的单一阳离子具体为Cu²⁺、Zn²⁺、Ni²⁺、Hg²⁺、Ag⁺、Pt²⁺、Co²⁺或Cr³⁺，所述的金属离子可与聚乙烯亚胺形成稳定螯合物。

所述的离子交换复合膜的制备方法包括如下具体步骤：

第一步，在阳离子交换基膜上引入聚合物PEI，为以下两种方法任一：

方法1：静态沉积法：将阳离子交换基膜浸泡在浓度为0.5-30g/L的PEI水溶液中，室温下浸泡0.5-160h；