荷正电纳滤膜及其制备方法和应用与流程

本发明涉及水处理，特别是涉及一种荷正电纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、盐湖卤水中含有li+、na+、k+、ca2+、mg2+等阳离子和so42-、cl-、co32-等阴离子，荷正电纳滤膜能够截留mg2+，使li+透过，因此能够有效的从盐湖卤水中分离得到锂资源。

2、传统的荷正电纳滤膜的制备方法主要有两种，一种是在纳滤膜表面使用涂覆法或者接枝法形成荷正电物质，然而，涂覆法形成的荷正电物质容易脱落，接枝法则存在制作过程复杂、水通量小、不易规模化生产的问题；另一种是利用荷正电的单体通过界面聚合法制备荷正电纳滤膜，然而这种制备方法制得的荷正电纳滤膜因其表面致密的荷正电性，导致其对荷正电离子镁和锂的分离效果较差，且荷正电纳滤膜水通量小。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述问题，提供一种荷正电纳滤膜及其制备方法和应用；该制备方法形成的荷正电纳滤膜应用于锂提取装置时，兼具优异的镁和锂的分离效果，以及高水通量。

2、本发明提供了一种荷正电纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：

3、提供多孔支撑膜，所述多孔支撑膜包括相对的第一表面和第二表面；

4、将壳聚糖和/或壳聚糖盐的水溶液形成于所述第一表面，形成膜层；

5、通过界面聚合在所述膜层远离所述多孔支撑膜的表面形成聚酰胺分离层；以及

6、将聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液形成于所述第二表面，然后在超声条件下进行热处理，使所述膜层中的壳聚糖和/或壳聚糖盐与所述聚阴离子发生聚合反应，生成包括有纳米颗粒以及水溶性高聚物的中间层，得到荷正电纳滤膜。

7、在一实施方式中，所述壳聚糖和/或壳聚糖盐的水溶液中，所述壳聚糖和/或壳聚糖盐的质量分数为0.1%-0.5%。

8、在一实施方式中，所述聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液中，所述聚阴离子的质量分数为1.5%-2.5%，所述水溶性高聚物的质量分数为0.1%-0.8%。

9、在一实施方式中，将聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液形成于所述第二表面的步骤中，所述聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液的温度为70℃-90℃。

10、在一实施方式中，在超声条件下进行热处理的步骤中，超声波的频率为40khz-200khz，温度为40℃-70℃。

11、在一实施方式中，所述壳聚糖盐选自壳聚糖盐酸盐、壳聚糖乳酸盐或壳聚糖季铵盐中的至少一种；

12、及/或，所述聚阴离子选自多聚磷酸钠。

13、在一实施方式中，所述水溶性高聚物选自聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚乙烯亚胺或阴离子聚丙烯酰胺中的至少一种。

14、在一实施方式中，在所述膜层远离所述多孔支撑膜的表面形成聚酰胺分离层的步骤包括：将水相溶液和油相溶液依次置于所述膜层远离所述多孔支撑膜的表面，再进行热处理，形成聚酰胺分离层，其中，所述水相溶液中包括有多元胺，所述油相溶液中包括有多元酰氯。

15、一种荷正电纳滤膜，所述荷正电纳滤膜由如上述的荷正电纳滤膜的制备方法制备得到，所述荷正电纳滤膜包括层叠设置的多孔支撑膜、中间层以及聚酰胺分离层，所述中间层中包括有纳米颗粒以及水溶性高聚物。

16、一种如上述的荷正电纳滤膜在锂提取装置中的应用。

17、本发明荷正电纳滤膜的制备方法中，第一方面，膜层先于聚酰胺分离层形成于多孔支撑膜的第一表面，使聚酰胺分离层与多孔支撑膜之间存在特定的间隙，在保证截留率的条件下，提高了荷正电纳滤膜的水通量，第二方面，聚阴离子形成于多孔支撑膜远离膜层的表面，在超声条件下进行热处理，聚阴离子通过多孔支撑膜与膜层中的壳聚糖和/或壳聚糖盐发生聚合反应，超声震动能够防止纳米颗粒团聚，有效保证了纳米颗粒的均匀性，从而生成包括有纳米颗粒的中间层，由于纳米颗粒带有正电荷，因此使荷正电纳滤膜具有优异的镁和锂的分离效果，同时，通过控制超声波的频率调控纳米颗粒的粒径，防止纳米颗粒的粒径过大或不均。再者，水溶性高聚物也会经多孔支撑膜的膜孔渗透到中间层中，在中间层中形成水通道，由于纳米颗粒的形成会堵塞一部分膜孔，缩小了多孔支撑膜的孔径，水溶性高聚物由于分子量较大无法从膜孔中逸出，保持了水溶性高聚物水通道的稳定性，另外，中间层位于聚酰胺分离层以及多孔支撑膜之间，中间层也不易脱落。基于纳米颗粒以及水溶性高聚物的共同作用，通过控制膜层、聚酰胺分离层以及混合水溶液特定的形成位置以及形成顺序，当制得的荷正电纳滤膜应用于锂提取装置时，能够更好的截留mg2+，从而有效的分离mg2+和li+；同时，纳米颗粒的存在能有效的增加水的传输通道，增加水通量。

技术特征：

1.一种荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖和/或壳聚糖盐的水溶液中，所述壳聚糖和/或壳聚糖盐的质量分数为0.1%-0.5%。

3.根据权利要求1所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液中，所述聚阴离子的质量分数为1.5%-2.5%，所述水溶性高聚物的质量分数为0.1%-0.8%。

4.根据权利要求1所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，将聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液形成于所述第二表面的步骤中，所述聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液的温度为70℃-90℃。

5.根据权利要求1所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，在超声条件下进行热处理的步骤中，超声波的频率为40khz-200khz，温度为40℃-70℃。

6.根据权利要求1至权利要求5任一项所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述壳聚糖盐选自壳聚糖盐酸盐、壳聚糖乳酸盐或壳聚糖季铵盐中的至少一种；

7.根据权利要求1至权利要求5任一项所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述水溶性高聚物选自聚乙烯醇、聚乙烯吡络烷酮、聚乙烯亚胺或阴离子聚丙烯酰胺中的至少一种。

8.根据权利要求1至权利要求5任一项所述的荷正电纳滤膜的制备方法，其特征在于，在所述膜层远离所述多孔支撑膜的表面形成聚酰胺分离层的步骤包括：将水相溶液和油相溶液依次置于所述膜层远离所述多孔支撑膜的表面，再进行热处理，形成聚酰胺分离层，其中，所述水相溶液中包括有多元胺，所述油相溶液中包括有多元酰氯。

9.一种荷正电纳滤膜，其特征在于，所述荷正电纳滤膜由如权利要求1至权利要求8任一项所述的荷正电纳滤膜的制备方法制备得到，所述荷正电纳滤膜包括层叠设置的多孔支撑膜、中间层以及聚酰胺分离层，所述中间层中包括有纳米颗粒以及水溶性高聚物。

10.一种如权利要求9所述的荷正电纳滤膜在锂提取装置中的应用。

技术总结
本发明涉及一种荷正电纳滤膜及其制备方法和应用。本发明荷正电纳滤膜的制备方法，包括如下步骤，提供多孔支撑膜，多孔支撑膜包括相对的第一表面和第二表面；将壳聚糖和/或壳聚糖盐的水溶液形成于第一表面，形成膜层；通过界面聚合在膜层远离多孔支撑膜的表面形成聚酰胺分离层；以及将聚阴离子与水溶性高聚物的混合水溶液形成于第二表面，然后在超声条件下进行热处理，使膜层中的壳聚糖和/或壳聚糖盐与聚阴离子发生聚合反应，生成包括有纳米颗粒以及水溶性高聚物的中间层，得到荷正电纳滤膜。该制备方法形成的荷正电纳滤膜应用于锂提取装置时，兼具优异的镁和锂的分离效果，以及高水通量。

技术研发人员：潘巧明,陈可可,施盈盈,谭惠芬,刘文超,程新,郑宏林
受保护的技术使用者：杭州水处理技术研究开发中心有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13