一种道南渗析分离膜、制备方法、应用及离子分离装置、分离方法

本发明涉及一种分离膜，尤其涉及一种道南渗析分离膜、制备方法、应用及离子分离装置、方法。

背景技术：

1、锂及其盐类广泛应用于化工、冶金、航天、核工业等领域，是21世纪重要的战略资源，被称为白色石油。随着电动车和新能源快速发展，全球对锂资源的需求越来越大。我国不仅是全球最大锂消费国，也是锂资源大国。我国盐湖锂资源丰富，位居世界第三。我国有80%的锂资源处于盐湖中，而我国盐湖主要处于青藏高原上，青海盐湖镁锂比高、提取难度大，西藏盐湖生态环境脆弱、工业基础差，给盐湖锂提取的产量扩大提出了更高的技术要求。因此，加速发展先进提锂技术，对保障我国锂资源安全稳定供应具有战略意义。

2、目前已发展了多种技术方法来实现盐湖提锂。沉淀法只适用于含锂浓度高和低镁锂比的盐湖，不具有普适性；萃取法会导致设备腐蚀和有机物残留，对环境造成污染；煅烧法的能源成本高，排放酸雾导致空气污染；吸附法锂的溶损率高、吸附速度慢、淡水用量大；纳滤膜法需要在一定压力下持续运行，使得锂镁分离能耗高，另外，其选择性较低，膜寿命短，增加了锂提取成本；电渗析方法的锂通量较低、能耗大，并且对原卤水的要求较高。可见，没有一种锂镁分离方法能够包打天下，因此发展新型的锂镁分离技术，提高锂镁分离性能，降低锂镁分离方法的能耗和成本，对我国盐湖提锂产业发展和锂资源安全供应具有重要意义。

技术实现思路

1、本发明为了解决上述问题，提供了一种分离膜及分离方法，用于分离不同荷电量的离子，因而同样适用于锂镁分离技术。

2、为了实现上述目的，本发明其一方面提供了一种离子分离方法，在离子分离膜上构建界面电场，所述界面电场为离子分离膜上具有不同荷电类型的组分之间形成的电场，所述界面电场为离子分离提供作用力。

3、作为一种优选方案，所述界面电场为在基膜上沉积荷电膜层形成，不同荷电类型的荷电膜层之间或荷电膜层与基膜之间形成所述界面电场。

4、进一步，作为一种优选方案，所述离子分离膜为阳离子交换膜或阴离子交换膜其一。

5、其二方面，提供了一种离子分离装置，包括离子分离膜，所述离子分离膜上设置有界面电场，所述界面电场为不同荷电类型的组分之间形成的电场，所述界面电场为离子分离提供作用力。

6、进一步，作为一种优选方案，所述界面电场在不同荷电类型的组分界面上形成。

7、其三方面，提供了一种道南渗析分离膜，包括基膜和沉积在所述基膜第一侧面的第一功能层，所述基膜为阳离子交换膜；所述第一功能层包括至少一层阳离子聚合物层，所述阳离子聚合物层与所述基膜之间形成界面电场，所述界面电场由阳离子聚合物层指向阳离子交换膜，不同荷电量的阳离子经所述基膜和所述聚合物层后得到分离。

8、作为一种优选方案，所述第一功能层设置有若干聚合物层，若干聚合物层包括交错层叠分布的阳离子聚合物层和阴离子聚合物层，以靠近所述基膜的一层聚合物为最内层聚合物，远离所述基膜的一层聚合物为最外层聚合物，所述最内层聚合物和最外层聚合物均为阳离子聚合物层。

9、作为一种优选方案，所述第一功能层中设置有1~10层聚合物层。

10、作为一种优选方案，所述基膜的第二侧面上还沉积有第二功能层，所述第二功能层用于加快待分离阳离子进入所述阳离子交换膜的速度，所述第一功能层和所述第二功能层的层数、组分、排列相同或不同。

11、作为一种优选方案，第一功能层与所述阳离子交换膜之间的界面电场为第一界面电场，所述第二功能层与所述阳离子交换膜之间还存在有第二界面电场，待分离阳离子经所述第二界面电场加速运动至所述阳离子交换膜。

12、作为一种优选方案，不同荷电量的阳离子经所述第二功能层后至所述阳离子交换膜并在所述界面电场处分离。

13、作为一种优选方案，所述第一功能层为三层结构，由靠近所述基膜向远离所述基膜依次为阳离子聚合物层、阴离子聚合物层、阳离子聚合物层，两阳离子聚合物层的组分和厚度相同或不同。

14、作为一种优选方案，所述第一功能层中若干阳离子聚合物层之间组分或厚度相同或不同，若干阴离子聚合物层之间组分或厚度相同或不同。

15、作为一种优选方案，所述阳离子聚合物层组分为聚乙烯亚胺、聚烯丙胺盐酸盐、聚二甲基二烯丙基氯化铵、含氨基的蛋白质大分子中的一种或几种的组合。

16、作为一种优选方案，所述第一功能层的最外层为阳离子聚合物与交联剂反应形成复合层。

17、作为一种优选方案，所述交联剂为戊二醛或者环氧氯丙烷中的一种或者两种的组合，最外层阳离子聚合物为可与环氧氯丙烷发生反应或者可与醛类官能团发生胺醛缩合的组分。

18、作为一种优选方案，所述阳离子交换膜组分为磺酸基、磷酸基、羧酸基、酚基、砷酸基、硒酸基中的一种或几种，优选磺酸基型的阳离子交换膜

19、作为一种优选方案，所述阴离子聚合物为聚丙烯酸、聚乙烯磺酸钠、聚苯乙烯磺酸钠中的一种或者多种的组合。

20、作为一种优选方案，在沉积阳离子聚合物层和阴离子聚合物层时，控制每层离子聚合物层的厚度在2nm-50μm之间，低于2nm不利于形成电场，对镁锂的分离能力差。高于50μm，锂离子很难透过阳离子聚合物，导致锂的通量很低。聚阳离子电解质和聚阴离子电解质沉积在阳离子交换膜上，形成一致密膜层，进而有利于小尺寸离子通过，阻挡大尺寸离子，进一步起到分离锂镁离子的作用。

21、阳离子交换膜、阳离子聚合物层和阴离子聚合物层与水的接触角小于80°，阳离子交换膜、阳离子聚合物层和阴离子聚合物层与水的接触角越大，亲水性能越好，越有利于与待分离溶液充分接触，进而加快分离效率。

22、其四方面，本发明还提供了一种道南渗析分离膜的制备方法，在阳离子分离膜上逐层沉积第一功能层，所述第一功能层为一层阳离子聚合物或者所述第一功能层包括若干聚合物层，若干聚合物层包括阳离子聚合物层和阴离子聚合物层，阳离子聚合物层与阴离子聚合物层交错层叠设置。

23、作为一种优选方案，所述阳离子聚合物层或所述阴离子聚合物层浸渍沉积、旋涂沉积或刮涂沉积获得。

24、作为一种优选方案，所述第一功能层浸渍沉积获得，所述浸渍沉积步骤包括：

25、s01 配置聚阳离子电解质溶液、聚阴离子电解质溶液和交联剂溶液；

26、s02 将所述阳离子分离膜浸渍在所述聚阳离子电解质溶液中设定时间后取出；

27、s03 将所述阳离子分离膜浸渍在所述聚阴离子电解质溶液中设定时间后取出；

28、s04 重复步骤s02和s03至所有聚合物层沉积完毕；

29、s05 将所述阳离子分离膜浸渍于交联剂溶液中进行交联反应；

30、s06 用水和盐酸清洗交联反应后的阳离子分离膜；

31、获得。

32、作为一种优选方案，所述聚阳离子电解质溶液为聚阳离子电解质的水溶液或乙醇溶液，所述聚阴离子电解质溶液为聚阴离子电解质的水溶液或乙醇溶液。

33、作为一种优选方案，所述聚阳离子电解质溶液为2mol/l-5mol/l。

34、其五方面，本发明中的道南渗析分离膜用于锂镁分离时，锂离子通过所述道南渗析分离膜，镁离子在所述界面电场作用下阻隔在所述道南渗析分离膜的另一侧。

35、本发明所产生的有益效果包括：本发明中的道南渗析分离膜通过在膜层中形成界面电场，通过界面电场对不同荷电量的阳离子自发形成不同强度的作用力，通过该作用力控制不同荷电量阳离子的运动路径，进而实现分离。

36、第二功能层构建的第二界面电场给予阳离子驱动力，驱动阳离子运动至阳离子交换膜，第一功能层构建的第一界面电场给予阳离子斥力，进而控制其路径，实现分离，待分离阳离子运动路径为第二界面电场-阳离子交换膜-第一界面电场。

37、第一功能层中多层聚合物层的设计使不同荷电量的阳离子在运动过程中实现多次分离，进而保证更彻底分离。