[发明专利]一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用

说明书

本发明提供了一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用，属于材料制备和分离技术领域；在本发明中，以聚偏氟乙烯PVDF为膜基质，乙烯‑乙烯醇无规共聚物作为亲水组分添加，二(2,4,4‑三甲基戊基)次磷酸Cyanex272作为膜载体，制备了聚合物杂化微孔分离膜，所述聚合物杂化微孔分离膜的表面和内部孔道结构丰富，具有良好的亲水性；所述聚合物杂化微孔分离膜在分离相邻重稀土镱和镥中有着很好的应用。

技术领域

本发明属于材料制备和分离技术领域，具体涉及一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用。

背景技术

微量高纯稀土的掺入将显著提升产品性能，因此稀土元素在通信、医疗、能源以及国防等领域中广泛应用。但是，由于相邻稀土离子间物理化学性质极其相似，并且它们常伴生共存于矿物中，相邻稀土元素间的分离十分困难。

目前，溶剂萃取技术是生产单一高纯稀土产品的主要工艺，但其在重稀土分离中存在效率低、反萃不完全、酸碱消耗大、挥发性有机溶剂用量大等缺陷。膜分离法集萃取与反萃过程一体，其虽然有酸碱、挥发性有机溶剂用量少，高效绿色的优点，但是相邻稀土分离的长期使用过程中，膜污染会导致膜分离性能恶化。

目前，主要通过化学改性和物理共混改性对聚合物分离膜进行改性，化学改性法通常合成步骤复杂，成本昂贵，难以应用推广；物理共混改性后的聚合物分离膜在长期使用后存在负载稳定性差的缺点。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用。在本发明中，以聚偏氟乙烯PVDF为膜基质，乙烯-乙烯醇无规共聚物作为亲水组分添加，二(2,4,4-三甲基戊基)次磷酸Cyanex272作为膜载体，制备了聚合物杂化微孔分离膜，所述聚合物杂化微孔分离膜的水接触角大幅降低，具有良好的亲水性，分离膜的表面和内部孔道结构丰富；所述聚合物杂化微孔分离膜在分离相邻重稀土镱和镥中有着很好的应用。

本发明中首先提供了一种聚合物杂化微孔分离膜，所述聚合物杂化微孔分离膜的水接触角为20˚-55˚，膜表面和内部孔道结构丰富，表面孔径约5 μm，内部呈拇指状不对称孔道结构。

本发明中还提供了上述聚合物杂化微孔分离膜的制备方法，具体包括如下步骤：

（1）乙烯-乙烯醇无规共聚物的制备：

以甲苯为溶剂，加入乙烯-醋酸乙烯无规共聚物和甲醇-氢氧化钠，混合均匀后加热搅拌反应，反应结束后加入盐酸溶液，洗涤，抽滤，真空干燥，得到乙烯-乙烯醇无规共聚物.

其中，乙烯-醋酸乙烯无规共聚物和甲醇-氢氧化钠的固液比为1：10 g/mL；甲醇-氢氧化钠混合溶液中的甲醇和氢氧化钠的用量比为5mL：0.08g ；加热搅拌的条件为40℃磁力搅拌，盐酸的用量为60 mL，制备得到的乙烯-乙烯醇无规共聚物中乙烯的摩尔占比为27mole%~44mole%。

（2）铸膜液的制备：

将步骤（1）制备的乙烯-乙烯醇无规共聚物、聚偏氟乙烯PVDF和二(2,4,4-三甲基戊基)次磷酸Cyanex272作为膜组分，混合均匀，然后向膜组分中加入N,N’-二甲基乙酰胺（DMAc）加热搅拌溶解，铸膜液真空除泡40min，得到铸膜液。

其中，乙烯-乙烯醇无规共聚物、PVDF和Cyanex272的质量比为(0.05~0.2)：(0.9~0.5)：(0.05~0.3)，膜组分与DMAc的用量比为1g：9~15 mL；所述加热搅拌溶解的条件为80℃磁力搅拌。

（3）聚合物杂化微孔分离膜的制备：

将步骤（2）制得的铸膜液倒在玻璃板上铺膜，自然挥发后将玻璃板水浴，最后室温干燥，得到所述聚合物杂化微孔分离膜。

其中，铺膜高度为400μm，自然挥发时间为30s，水浴的条件为将玻璃板在室温下浸没在二次蒸馏水中24h，期间多次更换二次蒸馏水。