[发明专利]一种锂离子印迹聚醚砜复合膜的制备方法及应用

说明书

本发明是一种锂离子印迹聚醚砜复合膜的制备方法，属功能材料制备技术领域。以聚醚砜膜为基底膜材料，锂离子为模板、12‑冠‑4‑醚为结合位点、甲基丙烯酸为功能单体、乙二醇二甲基丙烯酸酯为交联剂、偶氮二异丁腈为引发剂，结合多巴胺表面改性技术、二氧化硅纳米复合技术、印迹聚合技术，制备锂离子印迹聚醚砜复合膜。静态吸附实验用来研究所制备的锂离子印迹聚醚砜复合膜的吸附平衡、吸附动力学和选择性识别性能；选择性渗透实验用来研究所制备的锂离子印迹聚醚砜复合膜对目标离子(锂离子)和非目标离子(钠离子和钾离子)的渗透性能。利用本发明制备的锂离子印迹聚醚砜复合膜对锂离子具有较高的特异性吸附能力和识别分离能力。

技术领域

本发明属于功能材料制备技术领域，具体涉及一种用于选择性识别及分离混合体系中锂离子的锂离子印迹聚醚砜复合膜的制备方法和应用。

背景技术

膜分离技术(MST)是近年来受到较多关注的一种分离技术，特指在分子水平上，当不同粒径的分子混合物在通过膜材料时，利用阻挡一部分物质通过的方式使混合物质进行分离的一种技术。与蒸馏、萃取等传统分离方式相比，膜分离过程具有有效成分损失少、所需能耗低、对分离物质无二次污染、适应性强、工艺简单、操作方便、易于自动化等诸多优点。然而，对于离子层面上的分离过程而言，传统的微滤膜、纳滤膜等由于缺少单一选择性，因而限制了膜分离技术更为广泛的应用。

离子印迹技术(IIT)是近几年发展起来的一项备受关注的技术，IIT的出现很好的解决了膜材料对于离子无选择性的问题。在模板离子存在的条件下，通过功能单体与交联剂之间的聚合过程，在膜表面形成与模板离子共存的配位聚合物，基于物理或化学方法对模板离子进行洗脱，在膜表面留下与模板离子在空间尺寸及作用力相匹配的印迹位点，当混合离子通过印迹膜时，印迹位点能够对目标离子进行特异性吸附，同时对非模板离子不进行特异性吸附，从而实现单一离子的分离。将MST与IIT相结合制备的离子印迹膜(IIM)具有易于操作、分离能耗低、单一选择性强等优点。此外，相比于传统的印迹微球、块状印迹聚合物等，IIM具有性质稳定，制备过程简单、适用范围广、形态规整等优点，是一种具有良好应用前景的分离材料。目前，随着MST发展迅速，IIM已广泛用于化工、食品、医药等众多领域中。

锂元素(Lithium)是自然界中丰度较大的一种元素，其主要应用于原子反应堆控制、轻合金及电池的制备等领域。锂元素主要分布在矿物和天然盐湖卤水中，其中60％的锂化合物来自于盐湖卤水之中。虽然目前关于盐湖提锂的分离已经进行了关于溶剂萃取法、盐析法、离子交换法、沉淀法及纳滤法等方法的广泛研究，但由于锂离子(Li⁺)与钠离子(Na⁺)和钾离子(K⁺)之间性质相似、离子半径相近，使得目前仍无法实现对盐湖卤水中锂离子的高效分离。研究发现，12-冠-4-醚分子结构中存在能够与锂离子在空间上相互匹配的特殊结构，因而能够与锂离子进行特异性结合，基于这种原理所制备的吸附分离材料能够实现对锂离子的选择性分离过程。本发明申请中，以聚醚砜为基础膜，通过纳米改性及离子印迹技术，制备了对锂离子具有高效选择性识别及分离能力的锂离子印迹复合膜材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于选择性识别及分离混合体系中锂离子的锂离子印迹聚醚砜复合膜的制备方法，该方法以聚醚砜膜为基底，基于多巴胺表面聚合技术对基底膜进行表面修饰，利用纳米复合技术在多巴胺改性膜表面枝接二氧化硅纳米复合层，在复合膜表面构建预聚合印迹体系，通过自由基聚合过程制备了对用于选择性识别及分离混合体系中锂离子的锂离子印迹聚醚砜复合膜。

本发明以非共价印迹体系为基础，结合膜分离技术、多巴胺表面聚合技术、纳米复合改性技术及离子印迹技术，制备出了对锂离子具有高效选择性识别及分离能力的锂离子印迹聚醚砜复合膜，并将所制备的膜材料应用于混合体系中锂离子的分离过程。