[发明专利]用于溶质分开的聚合物官能化磁性颗粒实施方案以及使用其的装置和系统

说明书

本发明公开了一种用于分离和提取稀土金属、锂等溶质的聚合物官能化颗粒的实施方案。所述聚合物官能化颗粒表现出对聚集和降解的强抗性，即使在高离子强度和/或温度环境中。公开了一种用于制备所述聚合物官能化颗粒的颗粒后合成方法以及磁性分开装置，其可用于系统实施方案以促进聚合物官能化颗粒在溶质提取中的应用和再生。

相关申请的交叉引用

本申请要求2019年6月5日提交的美国临时申请62/857,631和2020年1月13日提交的美国专利申请号16/741,388的在先申请日的权益和优先权；这些在先申请的每一个都以全文并入本文参考。

政府资助的声明

据美国能源部授予的合同DE-AC05-76RL01830，本发明得到了政府支持。政府对本发明有一定权利。

技术领域

本发明公开了用于将溶质与复合混合物分开和分离的聚合物官能化颗粒的实施方案、用于溶质分开/分离的装置，以及制备和使用聚合物官能化颗粒和装置实施方案的方法。

背景技术

纳米颗粒在包括提高石油采收率、药物输送、地下成像和临界金属萃取在内的广泛应用中发挥着重要作用。强胶体分散稳定性和在高离子强度溶液中的耐久性是其用于这些应用中的两个主要先决条件。但是，具有高选择性和容量的活性功能纳米颗粒在盐碱环境下特别是在高温下通常会发生不受控的团聚，导致整体性能显著降低。增强或增加纳米颗粒在高离子强度溶液中和高温下的胶体稳定性仍然面临巨大挑战，因为纳米颗粒与增加空间排斥的组分接枝通常会导致纳米颗粒性能降低。而且，当前用于从含有此类溶质的来源提取稀土元素(“REE”)等溶质的装置和/或系统在操作规模和生产率方面受到限制(就实际可分离的REE数量而言)。

在现有技术中，需要能够提取溶质的基于颗粒的工具，特别是在不同环境中胶体稳定性得到改善的颗粒，以及用于使用此类颗粒从此类来源(例如地热流体、油气开采产生的水、开采和加工硬岩矿物产生的排放物、海水淡化、冰川径流和其他相似来源产生的浓缩排放物)提取溶质的可扩展系统和方法。

发明内容

本发明公开了聚合物官能化颗粒的实施方案。在一些实施方案中，聚合物官能化颗粒可包含：磁芯；围绕所述磁芯的外壳，其中所述外壳包含金属有机框架材料；和基本围绕所述外壳的聚合物组分。在一些其他实施方案中，聚合物官能化颗粒可包含黄钾铁矾材料；和与黄钾铁矾材料相关的聚合物组分。本发明还公开了用于制备本发明所述的聚合物官能化颗粒实施方案的方法的实施方案。

本发明还公开了一种装置的实施方案，所述装置包括具有中空内部的流量管；位于所述流量管的中空内部的收集部件；附于所述收集部件的一部分的收集基质材料；和包括两个磁体的电磁体，其中所述流量管位于所述两个磁体之间。

本发明还公开了一种系统的实施方案，所述系统包括：流体进料区，包含进料源、一或多个阀和驻留管部件；磁性分开区，包含一或多个阀和两个或更多个磁性分开装置，其中每个磁性分开装置包括(i)具有中空内部的流量管；(ii)位于所述流量管的中空内部的收集部件；(iii)附于所述收集部件的一部分的收集基质材料；包含两个磁体的电磁体，其中所述流量管位于所述两个磁体之间；溶质分离区，包含混合器、一或多个分离器部件和过滤器；磁性颗粒再生区，包含水性盐溶液源，一或多个混合器、分离器部件和一或多个泵；和汽提流体流动回路，包含汽提流体源、一或多个容纳池和泵。