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，特别是涉及荷正电纳滤膜及其制备方法和应用。

背景技术：

1、盐湖中普遍具有高镁锂比，镁和锂的化学性质相似且它们的离子水合半径差异较小，因此，若要实现盐湖高效提锂，则需要解决镁锂分离困难的问题。目前，用于盐湖镁锂分离的方法有很多，其中，荷正电纳滤膜能够截留mg2+，使li+透过，可有效降低镁锂比，从而能够从盐湖卤水中提取得到锂资源。

2、现有的荷正电纳滤膜中，pei（聚乙烯亚胺）纳滤膜最为常用。但是，pei纳滤膜，由于pei分子链上亚胺基以及氨基密度较大，以致于界面聚合反应交联时膜表面分离层过于致密，严重降低了纳滤膜的产水量，同时导致纳滤膜表面荷正电性太强，从而导致其抗污染性能差，且对水中镁的截留率较高，对锂的截留率也较高，使得镁和锂的分离效果较差。

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，该制备方法制备的荷正电纳滤膜在应用于锂提取装置时，能够提高水中mg2+和li+的分离效果，同时具有高水通量和优异的抗污染性能。

2、一种荷正电纳滤膜的制备方法，包括：

3、将聚乙烯亚胺、热缩温敏型水溶性聚合物、哌嗪、磷酸三丁酯以及水混合，得到水凝胶，并将所述水凝胶置于支撑膜的任一表面形成水凝胶层，其中，所述聚乙烯亚胺和所述哌嗪的质量比小于或者等于1:10；

4、将第一油相溶液以及第二油相溶液依次置于所述水凝胶层远离所述支撑膜的表面，然后经热处理形成分离层，得到荷正电纳滤膜，其中，所述第一油相溶液的温度小于所述热缩温敏型水溶性聚合物的相变温度，所述第二油相溶液的温度大于所述热缩温敏型水溶性聚合物的相变温度，且所述第一油相溶液和所述第二油相溶液均包括多元酰氯。

5、在其中一个实施例中，所述聚乙烯亚胺在所述水凝胶中的质量分数为0.05%-0.1%。

6、在其中一个实施例中，所述哌嗪在所述水凝胶中的质量分数为0.5%-1%。

7、在其中一个实施例中，所述热缩温敏型水溶性聚合物在所述水凝胶中的质量分数为0.05%-0.1%；

8、及/或，所述热缩温敏型水溶性聚合物选自聚n-烷基丙烯酰胺，所述聚n-烷基丙烯酰胺选自聚n-异丙基丙烯酰胺、聚n,n-二乙基丙烯酰胺、聚n-正丙基丙烯酰胺中的至少一种。

9、在其中一个实施例中，所述磷酸三丁酯在所述水凝胶中的质量分数为0.3%-0.7%。

10、在其中一个实施例中，所述第一油相溶液和所述第二油相溶液组分相同。

11、在其中一个实施例中，所述第一油相溶液中所述多元酰氯的质量分数为0.1%-0.3%；

12、及/或，所述第二油相溶液中所述多元酰氯的质量分数为0.1%-0.3%。

13、在其中一个实施例中，所述热处理温度为70℃-95℃，所述热处理时间为2min-3min。

14、一种荷正电纳滤膜，所述荷正电纳滤膜由上述所述的荷正电纳滤膜的制备方法制备而成。

15、一种如上述所述的荷正电纳滤膜在锂提取装置中的应用。

16、本发明荷正电纳滤膜的制备方法中，热缩温敏型水溶性聚合物和聚乙烯亚胺之间形成水凝胶，而哌嗪、磷酸三丁酯分散于水凝胶中。当将水凝胶置于支撑膜的表面时，水凝胶能够进入支撑膜的孔径中并延伸至表面形成水凝胶层，覆盖于支撑膜的表面，与此同时，哌嗪、磷酸三丁酯分散于水凝胶层中。当将第一油相溶液置于水凝胶层表面时，由于第一油相溶液的温度小于热缩温敏型水溶性聚合物的相变温度，故聚乙烯亚胺仍处于凝胶状态，使得第一油相溶液中的多元酰氯会先与哌嗪发生界面聚合反应形成与水凝胶网络互穿的第一聚酰胺层，且第一聚酰胺层的电荷呈负电性。

17、当将第二油相溶液置于带有第一聚酰胺层的水凝胶层表面时，由于第二油相溶液的温度大于热缩温敏型水溶性聚合物的相变温度，故水凝胶层中的热缩温敏型水溶性聚合物的分子量构象发生变化，会产生收缩并与聚乙烯亚胺分离，从而释放聚乙烯亚胺并继续与多元酰氯反应，尤其是在热处理的作用下，随着温度升高，凝胶层消失，会有更多的聚乙烯亚胺和磷酸三丁酯补充至反应界面，且聚乙烯亚胺在磷酸三丁酯的作用下，能够快速与酰氯基团反应形成与第一聚酰胺层互穿的第二聚酰胺层，且第二聚酰胺层的电荷呈正电性，此时，水凝胶层消失，第一聚酰胺层与第二聚酰胺层共同构成分离层，且远离支撑膜的分离层的表面具有荷正电性，靠近支撑膜的分离层的表面具有荷负电性，同时由于聚乙烯亚胺和哌嗪的质量比小于或者等于1:10，使得远离支撑膜的分离层表面的荷正电性较弱，从而能够有效提高水中mg2+和li+的分离效果，并改善纳滤膜的抗污染性能。

18、另外，磷酸三丁酯作为增塑剂，能够增加分子链之间的距离，使得整个分离层的结构发生膨胀，获得具有疏松结构的分离层，从而改善纳滤膜表面的致密度，有效提高荷正电纳滤膜的水通量。

19、因此，本发明的荷正电纳滤膜在应用于锂提取装置时，能够提高水中mg2+和li+的分离效果，同时具有高水通量和优异的抗污染性能。

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：

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，所述聚乙烯亚胺在所述水凝胶中的质量分数为0.05%-0.1%。

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，所述哌嗪在所述水凝胶中的质量分数为0.5%-1%。

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，所述热缩温敏型水溶性聚合物在所述水凝胶中的质量分数为0.05%-0.1%；

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，所述磷酸三丁酯在所述水凝胶中的质量分数为0.3%-0.7%。

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，所述第一油相溶液和所述第二油相溶液组分相同。

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，所述第一油相溶液中所述多元酰氯的质量分数为0.1%-0.3%；

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，所述热处理温度为70℃-95℃，所述热处理时间为2min-3min。

9.一种荷正电纳滤膜，其特征在于，所述荷正电纳滤膜由权利要求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而成。

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
本发明涉及荷正电纳滤膜及其制备方法和应用，包括：将聚乙烯亚胺、热缩温敏型水溶性聚合物、哌嗪、磷酸三丁酯以及水混合，得到水凝胶，并将水凝胶置于支撑膜的任一表面形成水凝胶层，所述聚乙烯亚胺和所述哌嗪的质量比小于或者等于1:10；将第一油相溶液以及第二油相溶液依次置于水凝胶层远离支撑膜的表面，然后经热处理形成分离层，得到荷正电纳滤膜，第一油相溶液的温度小于热缩温敏型水溶性聚合物的相变温度，第二油相溶液的温度大于热缩温敏型水溶性聚合物的相变温度，且第一油相溶液和第二油相溶液均包括多元酰氯。该制备方法制备的荷正电纳滤膜在应用于锂提取装置时，能够提高水中Mg<supgt;2+</supgt;和Li<supgt;+</supgt;的分离效果，同时具有高水通量和优异的抗污染性能。

技术研发人员：陈可可,谭惠芬,张宇,施盈盈,刘文超,陈涛,扶鑫,潘窔伊,潘巧明
受保护的技术使用者：蓝星（杭州）膜工业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11