【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及膜分离，尤其涉及一种镁锂分离用复合纳滤膜及其制备方法和应用。
技术介绍
1、可充电锂离子电池电动汽车的快速发展以及大规模应用，使得锂资源的市场需求急剧增长。因此，有效的锂提取技术是必要的。地球上锂资源丰富，其中约70％存在于海水、卤水和盐湖中，但高镁含量限制了它们的利用。目前，常见的提取锂的方法包括化学沉淀法、吸附法、溶剂提取法、蒸发法、电化学法和膜分离法。
2、其中，膜分离技术，尤其是纳滤技术，因其效率高、能耗低、操作过程简单等优点而备受关注。通过界面聚合制备的复合纳滤膜，由于其带电表面和纳米级孔径，在分离一价和多价离子方面表现出优良的效果，并且能够从高mg2+/li+质量比的盐水中提取锂，这被认为是最有前途的mg2+/li+分离技术之一。然而，传统的哌嗪-均苯三甲酰氯基纳滤膜表现出较为负的表面电荷，不利于一价/二价阳离子的分离。因此研究人员利用多元胺开发了许多表面为正电性的纳滤膜，用于镁锂分离。聚乙烯亚胺(pei)含有大量带正电荷的胺(nh2)基团。因此，pei经常被用作水相单体，通过界面聚合制备带正电荷的纳滤膜。然而较厚的选择分离层使其渗透通量低，传质分离受限，分离效果有待提升。
3、此外，部分研究者针对于上述纳滤膜的缺陷，对聚乙烯亚胺基纳滤膜进行改性，例如表面接枝或者利用共单体进行界面聚合等。研究结果表明，接枝等方法能够大幅度提高纳滤膜的通量。但接枝的引入针对于未完全反应的酰氯基团，该过程难以控制，使得反应体系更为复杂。
技术实现思路
2、本专利技术的技术方案如下：
3、本专利技术的第一方面提供了一种复合纳滤膜，包括基膜、形成于基膜上的中间层、形成于中间层上的分离层；所述中间层是通过聚多巴胺与铁分子笼共沉积在基膜表面形成；所述分离层包括聚酰胺层。
4、优选地，所述基膜为聚合物超滤膜；所述分离层是通过聚乙烯亚胺与多元酰氯在中间层上通过界面聚合形成的聚酰胺层。
5、优选地，所述中间层的厚度为10-100nm；所述分离层的厚度为10-200nm。
6、优选地，所述铁分子笼是以正二价铁离子为节点，以4,4’-二氨基联苯-2,2’-二磺酸水合物和吡啶-2-甲醛为配体，通过配位自组装构筑，具有正四面体空腔结构。
7、本专利技术的第二方面提供了一种上述第一方面所述复合纳滤膜的制备方法，包括如下步骤：
8、s1：将盐酸多巴胺与铁分子笼加入ph＝8.5的tris缓冲溶液，超声得到混合液，将混合液倒入基膜的表面，振荡后，清洗，得到含中间层的复合膜；
9、s2：将步骤s1制备的含中间层的复合膜置于聚乙烯亚胺溶液中反应后，加入多元酰氯溶液，界面聚合反应后，去除多余溶液，热处理，得到复合纳滤膜。
10、优选地，所述基膜包括聚丙烯腈超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚砜超滤膜中的一种；所述基膜的孔径为5-50nm。
11、优选地，步骤s1中，所述混合溶液中，盐酸多巴胺溶液的浓度为0.02-0.5wt％，铁分子笼的浓度为0.001-0.1wt％；所述tris缓冲溶液的浓度为10-20mm；所述振荡的时间为0.5-5h。
12、优选地，步骤s2中，所述聚乙烯亚胺的分子量为1000-70000；所述聚乙烯亚胺的浓度为0.1-5wt％；所述反应的温度为25℃，时间为5-10min。
13、优选地，步骤s2中，所述多元酰氯溶液是将多元酰氯溶于有机溶剂中得到；所述有机溶剂包括正己烷、正庚烷、苯、甲苯中的至少一种；所述多元酰氯的浓度为0.1～1wt％；所述多元酰氯包括均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯中的至少一种；所述界面聚合反应的温度为25℃，时间为0.5-3min；所述热处理的温度为30-60℃，时间为3-10min。
14、本专利技术第三方面提供一种上述第一方面所述复合纳滤膜或上述第二方面所述制备方法制备的复合纳滤膜的应用，所述复合纳滤膜用于镁锂分离。
15、本专利技术有益的技术效果在于：
16、本专利技术利用盐酸多巴胺和铁分子笼共沉积，制备的中间层可以控制聚乙烯亚胺单体在界面聚合过程中的释放和扩散速率，从而降低选择分离层的厚度，减小传质阻力，提升纳滤膜的渗透通量。
17、此外，本专利技术的盐酸多巴胺和铁分子笼共沉积制备的中间层提高了超滤基膜的亲水性，中间层的引入增加了选择分离层的粗糙度以及有效过滤面积，有利于纳滤膜通量的提升。
18、本专利技术的盐酸多巴胺和铁分子笼共沉积制备的中间层由于静电吸附，能够储存更多的聚乙烯亚胺水相单体，形成无缺陷的选择分离层，对mg2+的截留有所提升，有利于提高镁锂分离性能。
19、本专利技术利用共沉积和界面聚合法结合制备镁锂分离复合纳滤膜，制备方法便捷，操作简单且具有良好的运行稳定性。
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1.一种复合纳滤膜，其特征在于，所述复合纳滤膜包括基膜、形成于基膜上的中间层、形成于中间层上的分离层；
2.根据权利要求1所述的复合纳滤膜，其特征在于，所述基膜为聚合物超滤膜；所述分离层是通过聚乙烯亚胺与多元酰氯在中间层上通过界面聚合形成的聚酰胺层。
3.根据权利要求1所述的复合纳滤膜，其特征在于，所述中间层的厚度为10-100nm；所述分离层的厚度为10-200nm。
4.根据权利要求1所述的复合纳滤膜，其特征在于，所述铁分子笼是以正二价铁离子为节点，以4,4’-二氨基联苯-2,2’-二磺酸水合物和吡啶-2-甲醛为配体，通过配位自组装构筑，具有正四面体空腔结构。
5.一种权利要求1-4任一项所述复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述基膜包括聚丙烯腈超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚砜超滤膜中的一种；所述基膜的孔径为5-50nm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S1中，所述混合溶液中，盐酸多巴胺溶
8.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述聚乙烯亚胺的分子量为1000～70000；所述聚乙烯亚胺的浓度为0.1-5wt％；所述反应的温度为25℃，时间为5-10min。
9.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤S2中，所述多元酰氯溶液是将多元酰氯溶于有机溶剂中得到；所述有机溶剂包括正己烷、正庚烷、苯、甲苯中的至少一种；所述多元酰氯的浓度为0.1-1wt％；所述多元酰氯包括均苯三甲酰氯、间苯二甲酰氯、对苯二甲酰氯中的至少一种；所述界面聚合反应的温度为25℃，时间为0.5-3min；所述热处理的温度为30-60℃，时间为3-10min。
10.一种权利要求1-4任一项所述复合纳滤膜或权利要求5-9任一项所述制备方法制备的复合纳滤膜的应用，其特征在于，所述复合纳滤膜用于镁锂分离。
...【技术特征摘要】
1.一种复合纳滤膜，其特征在于，所述复合纳滤膜包括基膜、形成于基膜上的中间层、形成于中间层上的分离层；
2.根据权利要求1所述的复合纳滤膜，其特征在于，所述基膜为聚合物超滤膜；所述分离层是通过聚乙烯亚胺与多元酰氯在中间层上通过界面聚合形成的聚酰胺层。
3.根据权利要求1所述的复合纳滤膜，其特征在于，所述中间层的厚度为10-100nm；所述分离层的厚度为10-200nm。
4.根据权利要求1所述的复合纳滤膜，其特征在于，所述铁分子笼是以正二价铁离子为节点，以4,4’-二氨基联苯-2,2’-二磺酸水合物和吡啶-2-甲醛为配体，通过配位自组装构筑，具有正四面体空腔结构。
5.一种权利要求1-4任一项所述复合纳滤膜的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括如下步骤：
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤s1中，所述基膜包括聚丙烯腈超滤膜、聚偏氟乙烯超滤膜、聚醚砜超滤膜、聚砜超滤膜中的一种；所述基膜的孔径为5-50nm。
7.根据权利要求5所述的制备方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：张春芳，刘贝贝，智超，白云翔，董亮亮，
申请(专利权)人：江南大学，
类型：发明
国别省市：
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