一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用技术

本发明专利技术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；在本发明专利技术中，以聚偏氟乙烯PVDF为膜基质，乙烯

【技术实现步骤摘要】
一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用


[0001]本专利技术属于材料制备和分离
，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。

技术介绍

[0002]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。
[0003]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。
[0004]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。

技术实现思路

[0005]针对现有技术中存在不足，本专利技术提供了一种聚合物杂化微孔分离膜及其制备方法和应用。在本专利技术中，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。
[0006]本专利技术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。
[0007]本专利技术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
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乙烯醇无规共聚物.其中，乙烯
‑
醋酸乙烯无规共聚物和甲醇
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氢氧化钠的固液比为1：10 g/mL；甲醇
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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27 mole%~44mole%。
[0008]（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。
[0009]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。
[0010]（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。
[0011]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。
[0012]本专利技术中还提供了上述聚合物杂化微孔分离膜在吸附分离重稀土元素中的应用，所述应用为使重稀土元素镱和镥相互分离。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：（1）本专利技术中，通过将含有亲水基团羟基的乙烯
‑
乙烯醇无规共聚物加入聚合物杂化微孔分离膜基膜中，提高该分离膜亲水性。并且，本专利技术中通过调节共聚物中乙烯摩尔含量（27 mole%~44 mole%）与膜中乙烯
‑
乙烯醇无规共聚物的质量含量（5 wt.%~ 20wt.%），获得的聚合物杂化微孔分离膜具有表面及内部孔道结构，，表面孔径约1~10μm，内部呈拇指状不对称孔道结构，表面粗糙度降低至83.5 nm，该结构将使膜材料具有更好的亲水性。
[0014]（2）本专利技术中，通过将萃取剂Cyanex272加入聚合物杂化微孔分离膜的基膜中，其作用是与稀土离子配位络合，提高膜的选择性，同时还能进一步提高膜的亲水性。并且，本专利技术中通过调节聚合物杂化微孔分离膜组成，Cyanex272（5 wt.%
ꢀ‑ꢀ
30 wt.%）、乙烯
‑
乙烯醇无规共聚物（5 wt.%
ꢀ‑ꢀ
25 wt.%），获得的聚合物杂化微孔分离膜水接触角大幅降低，本专利技术所得到的聚合物杂化微孔分离膜最低水接触角达25.4
˚
。而现有技术中制备得到的分离膜水接触角为95.5
˚‑
111.8
˚
，相比之下本专利技术的膜具有良好亲水抗污性能。
[0015]（3）本专利技术中，制备得到的聚合物杂化微孔分离膜对重稀土镥和镱的平衡吸附量分别达29.76 mg
·
g
‑1和25.38mg
·
g
‑1，本专利技术的聚合物杂化微孔分离膜对重稀土镱和镥的动态渗透最初膜通量分别达117.81μmol
·
m
‑2·
s
‑1和31.16 μmol
·
m
‑2·
s
‑1，其分离系数高达到3.78。与现有技术公开的对镱和镥的平衡吸附量分别为21.09 mg
·
g
‑1和22.5 mg
·
g
‑1，分离系数仅为1.37相比，本专利技术的聚合物杂化微孔分离膜平衡吸附量提高，对重稀土镱和镥分离系数显著提高。
附图说明
[0016]图1为聚合物杂化微孔膜表面的扫描电镜图。
[0017]图2为聚合物杂化微孔膜表面的原子力显微镜图。
[0018]图3为不同乙烯摩尔含量的聚合物杂化微孔膜的水接触角值比较图。
[0019]图4为不同聚乙烯
‑
乙烯醇含量条件下制备的聚合物杂化微孔膜的水接触角值比较图。
[0020]图5为不同Cyanex272添加量条件下制备的聚合物杂化微孔膜的水接触角值比较
mole%乙烯的乙烯
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乙烯醇无规共聚物，真空烘箱中40℃干燥过夜。
[0032]（2）铸膜液的制备：0.65g PVDF与0.10g乙烯
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种聚合物杂化微孔分离膜的制备方法，其特征在于，包括：将乙烯
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乙烯醇无规共聚物、聚偏氟乙烯PVDF和二(2,4,4
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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；将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。2.根据权利要求1所述的聚合物杂化微孔分离膜的制备方法，其特征在于，所述乙烯
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乙烯醇无规共聚物中乙烯的摩尔占比为27 mole%~44 mole%。3.根据权利要求1所述的聚合物杂化微孔分离膜的制备方法，其特征在于，所述乙烯
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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。...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈厉，董欢，戴静闻，潘为国，
申请(专利权)人：江苏大学，
类型：发明
国别省市：