[发明专利]高性能纳滤膜及其制备方法和用途

说明书

本发明涉及一种高性能纳滤膜，包括多孔聚合物超滤基膜和分离层，其中所述分离层包含交联聚酰胺负电筛分层和接枝单体正电荷层，所述正电荷层为短直链多元胺在荷负电筛分层表面接枝形成的层。所述纳滤膜对镁离子有优异的截留性能，且对锂离子具有高渗透性，特别适合高镁锂比溶液中的镁锂分离，在高镁锂比时仍能保持优异的镁锂分离性能。本发明进一步涉及所述纳滤膜的制备方法及其在镁锂分离和重金属去除领域用途。

技术领域

本发明专利属于膜制造领域，具体涉及一种高性能纳滤膜，并进一步涉及该纳滤膜的制备方法及其在镁锂分离、重金属离子去除等领域的用途。

背景技术

近年来，随着全球新能源行业的快速发展，对锂资源的需求快速增长。目前锂资源主要来源于盐湖卤水，我国盐湖锂资源约占世界盐湖锂资源的三分之一。然而在盐湖卤水中，锂离子常与镁离子共存，由于二者在水合离子半径和反应性方面的相似性，导致镁锂高效分离仍然是盐湖提锂的关键问题和难点。

在现有的主要镁锂分离方法中，沉淀法工艺简单，但只适用于低镁锂比盐湖的镁锂分离。煅烧法可用于高镁锂比盐湖的镁锂分离，但生产过程中副产物氯化氢易腐蚀设备，且能耗高。吸附法可用于高镁锂比且离子浓度较低的盐湖镁锂分离，但吸附剂合成复杂，价格昂贵，效率低；萃取法可用于高镁锂比盐湖提锂，但萃取剂溶损严重，且有机萃取剂对设备有腐蚀性，效率低。电渗析法可以处理镁锂比相对较高的盐湖卤水，该方法核心是选择性离子膜，具有较高的选择性，但过高的镁锂比会显著降低锂离子回收率，用于工业生产时长期稳定运行的选择性离子膜的价格高和寿命低等问题尚难以解决。

纳滤膜分离技术可以在不外加任何化学物质的情况下让一价离子透过而截留二价离子，同时具有高渗透通量、低成本、绿色环保等优点，是一种有前途的环保型提锂方法。例如，用荷负电的商业纳滤膜(NT102)从稀释盐水中回收氯化锂，其锂镁分离因子(S_Li,Mg)为25.97(成琪等人[无机盐工业.,51(2014)35-39])。根据静电排斥效应可知，提升膜表面荷正电性有利于提高分离性能即锂镁分离因子。例如，Zhang等人[Desal.,420(2017)158-166]通过富含氨基的聚乙烯亚胺(PEI)单体与均苯三甲酰氯(TMC)直接一次界面聚合制备了带正电荷的三通道毛细管纳滤膜，处理镁锂比为14的稀盐水时，分离因子S_Li,Mg达到16.4。Yang等人[J.Membr.Sci.,620(2021)118862]通过在聚酰胺纳滤膜表面接枝PEI制备了荷正电纳滤膜，处理镁锂比为10、20和40的进料液时，分离因子S_Li,Mg分别达到34.4、33.4和34.6。Lu等人[J.Membr.Sci.,635(2021)119504]同样在聚酰胺纳滤膜表面通过接枝PEI制备了荷正电纳滤膜，处理镁锂比为150的进料液时，分离因子S_Li,Mg为12.37。从文献分析发现，与常规的荷负电纳滤膜相比，荷正电纳滤膜对镁锂分离性能并没有显著提升，这主要是由于基于静电排斥效应，荷正电纳滤膜能明显提升对二价阳离子——镁离子的截留性能，但是对同为阳离子的锂离子的截留性能也提升了，导致锂离子的渗透通量下降，分离效率降低，最终的镁锂分离性能并不理想。