本发明专利技术涉及一种离子筛分膜的制备和应用。本发明专利技术以含正二价镍离子的盐和含氢氧根离子的碱为原料，通过共滴定控制pH进行沉淀氢氧化镍的方法制备具有离子筛分作用的多孔氢氧化镍，再将沉淀的氢氧化镍采用抽滤或过滤的方法在滤膜表面形成氢氧化镍膜。该方法制备的多孔氢氧化镍膜对氯离子和钾离子具有很高的透过率，对钠离子具有较高的阻碍率，对锂、镁、钙、铝离子、磷酸氢根、磷酸根、硫酸根和硝酸根离子等较大水合直径的离子具有很高的阻碍率，并将其应用于氯化钾溶液中镁离子的分离。应用于氯化钾溶液中镁离子的分离。应用于氯化钾溶液中镁离子的分离。
【技术实现步骤摘要】
一种多孔氢氧化镍离子筛分膜的制备及应用
[0001]本专利技术属于离子分离
，具体涉及一种无机多孔氢氧化镍膜的制备及在离子分离领域中的应用。
技术介绍
[0002]离子筛分膜是一种能够将溶液中的不同离子以性能的不同，如半径大小、特性吸附的方式进行分离的功能性膜材料，主要应用于离子提取及纯化、海水处理、储能等领域。离子筛分膜主要是通过控制膜材料的孔径或通道尺寸来实现离子分离的目的，主要筛分机理为两种。一种是通过控制材料孔道尺寸使得超过该尺寸的离子无法通过而实现不同尺寸的离子筛分，该方法可以对多种离子实现一次筛分，但选择性差，如氧化石墨烯可以通过石墨烯片层之间的层间距为相对固定的值来限制超过一定尺寸的离子的通过，使其对大尺寸离子具有普遍的阻碍作用。另一种是控制材料孔道，使得孔道尺寸与待分离的离子尺寸相匹配，从而使得特定尺寸的离子可以进入该材料，而其他离子进入相对较少，达到富集特定离子而进行离子筛分的目的，如武汉理工大学弓巧侠在硕士论文《锂离子筛分材料的筛分性能及其机理探讨》中使用特定的锰氧化物可以对锂离子进行筛分提取。
[0003]由于离子筛分膜具有低能耗、高效率等特点，使得离子筛分膜进行离子分离的技术得到快速发展。但目前的离子筛分膜都具有非常强的目的性，针对特定的要求设计特定特性的离子筛分膜。如氧化石墨烯在湿润条件下的层间预留实际间距约0.45nm，其仅能通过水合离子直径小于0.45nm的离子，具有更大离子尺寸的离子无法进一步分离。而特定离子筛分膜只能筛分特定的离子，如锂离子筛分膜(Nat.Nanotechnol.2017，12，546
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550)。由于离子分离的应用场景却非常多元化，故需要发展更多的具有离子筛分功能的新型材料。
技术实现思路
[0004]本专利技术目的是采用简单的方法制备具有离子筛分功能的多孔氢氧化镍膜，用于分离氯离子和钾离子，得到更高纯度的氯、钾离子或去除氯、钾离子。本专利技术以含正二价镍离子的盐和含氢氧根离子的碱为原料，通过共滴定控制pH沉淀氢氧化镍的方法制备具有离子筛分作用的多孔氢氧化镍，再将沉淀的氢氧化镍采用抽滤或过滤的方法在滤膜表面形成氢氧化镍膜，并将该膜用于不同离子筛分。
[0005]本专利技术包括如下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术提供了一种离子筛分膜，所述离子筛分膜包括基底滤膜和沉积在所述基底滤膜表面的多孔氢氧化镍膜，所述多孔氢氧化镍膜由具有缺陷的氢氧化镍片错乱堆叠组装形成；所述氢氧化镍片包括孔缺陷和裂纹缺陷；所述孔缺陷的孔直径在0.5
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3nm，所述裂纹缺陷的裂纹宽为0.8
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4nm。
[0007]基于上述方案，优选地，所述多孔氢氧化镍膜的厚度为0.1
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10μm；所述多孔氢氧化镍膜具有泡状孔结构。
[0008]基于上述方案，优选地，所述多孔氢氧化镍膜的厚度为0.4
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20μm。
[0009]基于上述方案，优选地，所述基底滤膜包含羧甲基纤维素膜、PP
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PE共混膜、PTFE膜中的一种或其中两种的复合膜。
[0010]另一方面，本专利技术提供了一种上述的离子筛分膜的制备方法，所述方法为沉淀法，所述沉淀法包括以下步骤：
[0011](1)将氢氧根水溶液或氢氧根悬浊液和镍盐水溶液以滴加的方式进行混合，通过控制两种原料的进料比将二者混合后的pH控制为7
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10，搅拌下进行反应，得到含氢氧化镍的悬浊液；
[0012](2)将所述氢氧化镍悬浊液于滤膜上过滤，干燥后得到所述离子筛分膜。
[0013]基于上述方案，优选地，所述步骤(1)中，镍盐水溶液中镍盐的浓度为0.01
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5mol/L；所述镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或两种以上；氢氧根水溶液中氢氧根的浓度为0.001
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1mol/L；氢氧根水溶液为氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种以上的混合水溶液；氢氧根悬浊液中氢氧根的浓度为0.001
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5mol/L；氢氧根悬浊液为氢氧化钙和/或氢氧化镁的悬浊液。
[0014]基于上述方案，优选地，所述步骤(1)中，镍盐水溶液的进料速率为0.01
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10L/min，氢氧根水溶液或悬浊液根据二者混合后的pH和镍盐水溶液的进料速率调节；搅拌速率为60
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6000rpm；反应温度为0
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50℃，进料结束后继续搅拌0.1
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10h。
[0015]基于上述方案，优选地，所述步骤(2)中，滤膜包含羧甲基纤维素膜、PP
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PE共混膜、PTFE膜中的一种或其中两种的复合膜；干燥温度为40
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60℃，干燥时间为2
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24h，干燥方式为真空或常压干燥，干燥后将所制备的多孔氢氧化镍膜于氢氧化钾溶液中密封储存。
[0016]具体地，上述制备方法如下：
[0017](1)一定浓度的含镍盐和含氢氧根离子的碱性水溶液分别装于不同容器中，以控制pH为目的控制两种溶液的进料比，强烈搅拌条件下得到含氢氧化镍的悬浊液。其中，含镍盐为浓度0.01
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5mol/L的氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或两种以上的混合水溶液，含氢氧根离子的碱性水溶液为浓度0.001
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1mol/L的氢氧化钠、氢氧化钾中的一种或两种以上的混合水溶液，或者浓度0.001
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5mol/L的氢氧化钙、氢氧化镁的悬浊液。搅拌桨的速率为60
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6000rpm，反应液的控制pH为7
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10，含镍盐的进料速率为0.01
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10L/min，含氢氧根离子的碱性水溶液或悬浊液根据pH和含镍盐进料速率调节，反应温度为0
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50℃，进料结束后继续搅拌0.1
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10h。
[0018](2)取适量的上述制备的氢氧化镍悬浊液于滤膜上过滤或抽滤，干燥得到多孔氢氧化镍离子筛分膜。其中，滤膜种类包含羧甲基纤维素膜、PP
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PE共混膜、PTFE膜中的一种或其中两种的复合膜，过滤或抽滤的量根据滤膜尺寸而定，使得氢氧化镍膜的厚度为0.1
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10μm为准。干燥温度为40
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60℃，干燥时间为2
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24h，干燥方式为真空或常压干燥，之后在1mmol/L的氢氧化钾溶液中密封储存。
[0019]再一方面，本专利技术提供了一种上述的离子筛分膜的应用，所述离子筛分膜用于透过水合直径为0.30
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0.65nm的离子，用于阻碍水合直径为0.65
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1.00nm的离子以及磷酸氢根、磷酸根离子。
[0020]基于上述方案，优选地，所述水合直径为0.30
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0.65nm的离子包括氯离子和钾离子；所述水合直径为0.65
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种离子筛分膜，其特征在于，所述离子筛分膜包括基底滤膜和沉积在所述基底滤膜表面的多孔氢氧化镍膜，所述多孔氢氧化镍膜由具有缺陷的氢氧化镍片错乱堆叠组装形成，所述氢氧化镍片包含孔缺陷和裂纹缺陷；所述孔缺陷的孔直径在0.5
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3nm，所述裂纹缺陷的裂纹宽为0.8
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4nm。2.根据权利要求1所述的离子筛分膜，其特征在于，所述多孔氢氧化镍膜的厚度为0.1
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10μm；所述多孔氢氧化镍膜具有泡状孔结构。3.根据权利要求2所述的离子筛分膜，其特征在于，所述多孔氢氧化镍片的厚度为0.4
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20nm。4.根据权利要求1所述的离子筛分膜，其特征在于，所述基底滤膜包含羧甲基纤维素膜、PP
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PE共混膜、PTFE膜中的一种或其中两种的复合膜。5.一种权利要求1～4任一所述的离子筛分膜的制备方法，其特征在于，所述方法为沉淀法，所述沉淀法包括以下步骤：(1)将氢氧根水溶液或氢氧根悬浊液和镍盐水溶液以滴加的方式进行混合，通过控制两种原料的进料比将二者混合后的pH控制为7
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10，搅拌下进行反应，得到含氢氧化镍的悬浊液；(2)将所述氢氧化镍悬浊液于基底滤膜上过滤，干燥后得到所述离子筛分膜。6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤(1)中，镍盐水溶液中镍盐的浓度为0.01
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5mol/L；所述镍盐为氯化镍、硫酸镍、硝酸镍、醋酸镍中的一种或两种以上；所述氢氧根水溶液中氢氧根的浓度为0.001
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【专利技术属性】
技术研发人员：王二东，刘乾锋，孙公权，
申请(专利权)人：中国科学院大连化学物理研究所，
类型：发明
国别省市：
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