[发明专利]含多酚/PEI中间层的高镁锂选择性纳滤膜及制备方法

说明书

本发明涉及含多酚/PEI中间层的高镁锂选择性纳滤膜及其制备方法。通过涂覆的方法在多孔支撑膜表面涂覆了带正电荷的多酚/聚乙烯亚胺中间层，并通过界面聚合方法在含有中间层的多孔支撑膜上制备了较薄、致密且无缺陷的分离层，进而得到了既具有优异的Mg²⁺/Li⁺分离选择性又具有较高通量的复合纳滤膜以解决现有纳滤膜制备方法不易调控，制备的纳滤膜Mg²⁺/Li⁺分离选择性低，通量低的问题。通过该方法，可以有效地调控界面聚合的过程，调控分离层的结构、形貌和表面电荷，进而提高纳滤膜的Mg²⁺/Li⁺分离选择性，同时也具有操作简单，价格低廉的优点。

技术领域

本发明属于水处理材料制备技术领域，特别涉及一种含多酚/聚乙烯亚胺中间层的用于盐湖提锂的高镁锂分离因子纳滤膜的制备方法。

背景技术

锂作为重要的能源金属，在锂电池、陶瓷、润滑脂、航空航天、聚合物、金属添加剂等许多领域具有重要的应用，对国民经济的发展具有重要的战略意义。近年来，由于可充电锂电池在便携式电子设备、电动工具、电动汽车和电网存储中的广泛应用，锂电池的消耗量显著增加。因此，需要开发更多的锂资源来满足工业的发展需求。一般来说，锂资源主要有两种存在形式，其一是含锂的火成岩；其二是含锂的盐湖卤水和海水。据报道，盐湖卤水中的锂储量占全球锂的总储量的62％以上。我国锂矿资源丰富且潜力巨大，但锂产量较低,对外依赖严重，其主要原因是我国锂资源的80％以上储存于盐湖卤水中，与国外盐湖相比，还存在镁锂的质量比高和成分复杂的问题。要实现我国盐湖卤水的高效提锂，镁锂分离成为首要解决的难题。目前从盐湖卤水中提取锂的方法主要有化学沉淀法、热蒸发法、锂离子筛法、液液萃取法等，但这些方法分离效率低、能耗高、对环境污染严重。因此，开发高效的盐湖卤水提锂技术对实现我国锂资源的高效、可持续开发有着重要意义。

作为一种新型的压力驱动分离膜，纳滤膜表现出超滤膜和反渗透膜之间的分离特性。由于具有通量高、操作压力低、一/二价离子选择性高等优点，纳滤膜目前已广泛应用于废水处理、海水淡化等分离领域。纳滤膜的分离性能主要取决于孔径筛分和静电排斥的协同作用。纳滤膜对多价离子具有高截留率，同时允许单价离子通过，目前被认为是最具有应用潜力的镁锂分离技术之一。

基于纳滤膜的分离特性，研究者们展开了提升其镁锂分离性能的深入研究。其中，对纳滤膜进行后处理是目前最常用的改性方法。众所周知，大多数商业纳滤膜是通过哌嗪(PIP)和均苯三甲酰氯(TMC)之间的界面聚合制备的带负电荷的聚酰胺膜，由于静电效应，其对Mg²⁺的截留率低，Mg²⁺/Li⁺分离选择性差。而后处理方法可以通过化学作用在膜表面引入正电基团，提升纳滤膜的电正性，从而增强Mg²⁺/Li⁺分离选择性。高效的镁锂分离纳滤膜需同时具有适宜的孔径和表面电荷。尽管后处理方法在提升镁锂分离性能方面具有一定的效果，但由于该方法仅考虑调控膜表面的电荷，无法实现对聚酰胺分离层孔径尺寸筛分效应的强化，因而难以将分离选择性提升至较高水平。同时，由于改性后的纳滤膜表面正电性较强，对盐湖卤水中带负电的污染物耐受性差，极易造成膜污染，从而缩短膜的使用寿命，增加投资成本。此外，理想的镁锂分离纳滤膜还应兼顾优异的稳定性及易加工性。这种后处理技术很大程度上依赖于上一步界面聚合反应中残余或新生的实际数量难以控制的官能团，不利于膜性能的重复和实际生产放大。