[发明专利]离子交换性能的膜材料及其应用

说明书

技术领域

本发明属于高分子膜领域，具体涉及一种具有离子交换性能的膜材料以及这种膜材料的应用。

背景技术

有载体促进传递的支撑液膜是一种高效、节能减排、治理环境污染的重要分离技术，在有效利用资源，环境治理方面有着不可替代的优势。就我国经济发展的重大需求而言，在资源有效利用，环境治理，能源产业方面有着不可替代的优势。以几种典型离子分离为例，促进传递技术的贡献包括：

(1)稀有、贵重金属材料的可持续利用：以铂金属为例，作为汽车和化学工业的核心催化剂原料，贵重金属行业权威机构Johnson Matthey公司最新报告表明全球铂系列金属材料供不应求[1]。因此贵重金属的回用至关重要，为促进传递技术提供了机遇。(2)高镁锂比青海盐湖水中锂的高效提取：锂及锂盐在高能电池，航天航空，致冷剂、润滑剂、受控核聚变反应等领域具有重要的用途。我国盐湖锂资源是优势资源，以青海和西藏盐湖为主，目前已探明的锂资源工业储量占世界第二。然而，我国的盐湖资源卤水中镁锂比值高(约为40-1200∶1)，导致分离难度大、可行工艺少。促进传递技术可以通过一步法从高镁锂比的盐湖卤水中高效提取锂。(3)对环境、生态和生活质量危害严重的金属砷，汞，铬等的分离：工业的发展造成的水源、土壤污染严重，直接危害到生存环境。以土壤为例，目前我国受镉、砷、铬、铅等重金属污染的耕地面积约占总耕地面积的1/5，全国每年就因重金属污染而造成经济损失至少200亿元。从根本上解决重金属对生存环境的危害需要为促进传递技术提供了机遇。

有载体促进传递的支撑液膜在金属分离中性能卓越，然而由于支撑液膜的不稳定，目前尚未见工业化的成功案例[2]。其主要原因是溶剂和萃取载体从多孔膜载体流失而导致支撑液膜通量的衰减和选择性降低。美国专利US6350419公开了一种将有机液膜相分散在反萃取相中来提高液膜的稳定性的技术。通过在反萃取相中的有机液膜不断补充支撑液膜中的液膜相，从而保持支撑液膜中液膜的含量不变而达到稳定目的。张卫东等提出了一种新型“中空纤维更新液膜技术”，该技术采用疏水性中空纤维膜，料液相和萃取相在膜的两侧流动，然后在膜内侧流动相中加入一定量的有机萃取相，形成为极小的液滴；该过程需要一个澄清分离过程，将有机萃取相液滴分离后重新使用(液膜技术原理及中空纤维更新液膜，现代化工，25(2005)66-68)。易涛等将两层平板支撑液膜贴附起来成为平板夹芯型支撑液膜，研究发现液膜的稳定性有所提高(平板夹芯型支撑液膜萃取体系中La3+的迁移行为，中国稀土学报，13(1995)197-200)。在这些方法中，液膜可以随时得到补充，所以具有较好的稳定性，然而，有机萃取相由于溶解于水相而流失的问题尚不能解决。

高粘度、低挥发性的液膜体系可以避免因为挥发和跨膜压差导致的损失。液膜凝胶化方法是将在液膜中加入高分子使得液膜体系的粘度提高，从而减小液膜扩散进入水相的的速度(Supported Liquid membranes：stabilization by gelation，Journal Membrane Science，67(1992)149-165)。然而提高粘度增加了液膜的传递阻力，仅减缓了液膜体系向水相扩散的速率，并没有根本上解决液膜的稳定性问题。美国专利US5507949公开了采用聚丙二醇、聚丁二醇等为液膜体系分离水中的对硝基苯酚，发现该体系具有高选择性，传递速率和高稳定性。但是专利中所提及的的操作时间仅为几天，没有更长时间数据佐证。

Fontas等将液膜相(包括载体和溶剂)通过化学法固定到支撑膜材料上，从而避免液膜相的流失(Fontas，C.，et al.Polymer inclusion membranes：The concept of fixed sitesmembrane revised.Journal of Membrane Science 290(2007)62-72；金美芳，et al.液晶化载体促进传递膜的研究.膜科学与技术23(2003)5-10.)。通过化学法固定载体到支撑膜材料根接适合于亲和膜分离原理，稳定性大大提高，然而膜材料的成本非常高，在离子分离领域中实现工业化困难，而且目前还没有长时间稳定性报道。