[发明专利]可甄别水溶液中不同离子的核孔膜及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及核技术应用领域，更具体地，涉及一种可甄别水溶液中不同离子的核孔膜及其制备方法。

背景技术

分离水中离子，在工业生产、污水处理等方面都有重要的应用价值。如碱金属离子因其性质相似，通过一般的过滤等方式较难甄别，通常利用某种离子的特性进行甄别(如钠离子与钾离子在不同温度溶解度相差很大，一般采取降温析出分离)。而二价及更高价态的阳离子，因为一般对人体具有毒性，在水净化(污水中的毒性离子多以二价或高价阳离子形式存在，如铜、铁、镉等二价离子，铝等更高价态离子)，海水脱盐(分离海水中的Na与Mg离子)等领域都有重要的价值。同时，在制盐过程中，过滤有害阴离子(如Br^-)也是重要的应用之一。

核孔膜在污水处理、空气净化、新能源、医学和科学研究等领域具有广泛的应用。高分子膜经重粒子轰击之后会在粒子经过的区域形成损伤区，然后使用化学试剂对损伤区域进行刻蚀，可以在膜内形成孔道，这种具有由重粒子辐照形成的孔道的高分子膜也可以称为核孔膜。通过改变不同种类的高分子膜材料、重粒子轰击的计量、化学刻蚀环境等参数，可以根据实际应用需求制作出纳米到微米数量级的孔道。

现有技术中制作核孔膜基本都是使用重粒子轰击高分子膜，之后相继采用UV(紫外)辐照、化学刻蚀等处理，得到孔径在数十纳米到数微米量级的核孔膜。但是，由于化学刻蚀的方法对损伤区的刻蚀速率极快，通常刻蚀出的纳米孔都在几十纳米以上，很难制作出极小尺度(亚纳米到数纳米)的纳米孔。通过化学刻蚀产生的核孔膜孔径一般只能用于过滤大分子或大颗粒物质，比如细菌、灰尘等微米量级的污染物等，最多也只能分离阴阳离子。对于水环境中的不同族的阳离子不具有明显的选择性，也就限制了纳米核孔膜在污水净化、离子分离等领域的应用。

发明内容

本发明的目的是提供一种可甄别不同阳离子，并完全阻碍阴离子透过的核孔膜及其制备方法，以在污水净化、离子分离等领域将一价阳离子和多价阳离子分开、甚至将同族阳离子高选择性地甄别。

本发明的技术方案是：一种核孔膜，是具有纳米孔的高分子薄膜，其孔道直径在亚纳米到数纳米之间(0.2～10纳米)，该核孔膜在水溶液中中选择性透过不同阳离子，但不能透过阴离子。

本发明的核孔膜在水溶液中对不同离子的透过速度差异极大，可以有选择性地不同程度地甄别不同阳离子。以Li⁺的透过通量为基准，Li⁺透过通量可以是高价重金属阳离子(如Cu²⁺、Mn²⁺等)透过通量的10⁶倍，Li⁺透过通量可以是阴离子(常见的例如Cl^-、SO₄^2-等)透过通量的10⁹倍。这样就使这种膜在完全阻止阴离子的基础上，可以甄别不同价态的阳离子，同一价态不同周期的或不同主族的阳离子。