具有凝胶化结构的凝胶液膜、其制备方法及应用技术

本发明专利技术公开了一种具有凝胶化结构的凝胶液膜、其制备方法及应用。所述具有凝胶化结构的凝胶液膜包括：内外互穿设置的多孔支撑膜、吸附性凝胶骨架、吸附于该吸附性凝胶骨架上的液相组分，所述吸附性凝胶骨架主要由烯烃苯类单体和/或烯烃酯类单体经自由基聚合反应形成，所述液相组分包括特异性离子配体与协同萃取剂。本发明专利技术的凝胶液膜对多种离子混合盐溶液中的锂具有1

【技术实现步骤摘要】
具有凝胶化结构的凝胶液膜、其制备方法及应用


[0001]本专利技术涉及一种凝胶液膜，特别涉及一种具有凝胶化结构的凝胶液膜及其制备方法，以及该凝胶液膜在水处理领域中的应用，属于材料及水处理


技术介绍

[0002]金属离子分离是国民生产经济中不可或缺的一环，对工业生产和发展有重要的意义，影响着能源化工、生物医药、电器制造等方方面面的领域。尤其是随着“推动世界前进的重要元素”，锂元素的研究和应用突飞猛进，每年的需求量迅速增加，能够将锂从原料和废水中提取出来的金属离子分离技术，也愈发渴求技术的创新和突破。传统的分离技术包括萃取法、沉淀法、吸附法、电渗析法、膜分离法等，这些方法都存在一些难以克服的缺陷，比如对环境污染大、存在分离上限、一价金属离子间的分离效果较差、能源消耗高等。支撑液膜分离法是用溶剂萃取方法中的溶剂来浸润多孔支撑膜形成液膜，让萃取液与反萃取液分别在液膜的两侧流动，通过萃取
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扩散
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反萃取的过程来达成萃取与反萃取同步进行的技术。这一方法综合了萃取法使用广泛且分离效果良好、膜分离法过程连续的优点，有很大的应用前景。然而液膜分离存在一个致命的问题，那就是稳定性差，浸润在多孔支撑膜中的液相组分容易在使用的过程中流失，这不仅会让系统的分离性能下降，还会造成污染和腐蚀。
[0003]因此，如何对支撑液膜的结构体系进行优化，寻求一种制备性能突出的稳定液膜的方法，已然成为业界研究人员长期以来一直努力的方向。

技术实现思路

[0004]本专利技术的主要目的在于提供一种具有凝胶化结构的凝胶液膜及其制备方法，以克服现有技术中的不足。
[0005]本专利技术的另一目的还在于提供所述具有凝胶化结构的凝胶液膜在水处理领域中的应用。
[0006]为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：
[0007]本专利技术实施例提供了一种具有凝胶化结构的凝胶液膜，其包括：内外互穿设置的多孔支撑膜、吸附性凝胶骨架，以及吸附于所述吸附性凝胶骨架上的液相组分，所述吸附性凝胶骨架主要由烯烃苯类单体和/或烯烃酯类单体经自由基聚合反应形成，所述液相组分包括作为主萃取剂的特异性离子配体与协同萃取剂。
[0008]在一些实施例中，所述具有凝胶化结构的凝胶液膜对多种离子混合盐溶液中的锂离子具有1
×
10
‑9mol
·
cm
‑2·
s
‑1以上的传输速率；同时Li/K分离因子和Li/Na分离因子分别在30以上、8以上。
[0009]本专利技术实施例还提供了一种具有凝胶化结构的凝胶液膜的制备方法，其包括：
[0010]使吸附性凝胶骨架的单体和液相组分混合均匀，加入交联剂与引发剂，形成包埋凝胶预聚物；
[0011]将多孔支撑膜浸泡于所述包埋凝胶预聚物中，之后进行自由基聚合反应，获得具
有凝胶化结构的凝胶液膜。
[0012]本专利技术实施例还提供了由前述制备方法制得的具有凝胶化结构的凝胶液膜。
[0013]本专利技术实施例还提供了所述具有凝胶化结构的凝胶液膜于水处理领域中的应用。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：
[0015]1)本专利技术提供的具有凝胶化结构的凝胶液膜通过在支撑液膜的结构中引入凝胶组分，通过稳定的凝胶结构封锁浸润在多孔支撑膜中的液相组分，使其在长期稳定的工作中不会流失，达到膜性能的长期稳定；
[0016]2)本专利技术提供的凝胶液膜引入的凝胶组分封锁了液相组分中的部分自由空间，对携带金属离子的萃取剂扩散产生一定阻力，使得扩散过程强调了金属离子与萃取剂分子间的配位作用力，从而使得对不同金属离子的选择性上升。所述凝胶液膜对多种离子混合盐溶液中的锂具有1
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‑1以上的传输速率；同时Li/K分离因子和Li/Na分离因子分别在30以上、8以上；
[0017]3)本专利技术提供的凝胶液膜的制备方法较简单，具有高稳定性以及对不同一价金属离子的高选择性，可实现包括锂在内的一价金属离子间的收集与分离，对资源的采集和回收具有很高的工业应用价值。
附图说明
[0018]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0019]图1是本专利技术实施例14中凝胶浸润合成前原始聚偏氟乙烯微滤膜的SEM图；
[0020]图2是本专利技术实施例14中凝胶浸润合成后凝胶液膜的SEM图；
[0021]图3是本专利技术一典型实施例中金属离子选择性运输示意图。
具体实施方式
[0022]鉴于现有技术中的不足，本案专利技术人经长期研究和大量实践发现，提高液膜稳定性和选择性可以通过引入凝胶结构来实现。稳定且具有吸附作用的凝胶结构可以封锁液相组分，使其不再从多孔支撑膜的孔隙中流出。而引入凝胶结构所占据的自由空间则对携带金属离子的萃取剂扩散产生一定阻力，使得扩散过程强调了金属离子与萃取剂分子间的配位作用力，从而使得对不同金属离子的选择性上升。基于这一发现，本案专利技术人提出了一种具有凝胶化结构的凝胶液膜的制备方法及其应用。
[0023]如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。
[0024]作为本专利技术技术方案的一个方面，其所涉及的系一种具有凝胶化结构的凝胶液膜，其包括内外互穿设置的多孔支撑膜、吸附性凝胶骨架以及被吸附液相组分，所述吸附性凝胶骨架主要由烯烃苯类单体和/或烯烃酯类单体等经自由基聚合反应形成，所述被吸附液相组分主要是在上述自由基聚合过程中包埋的特异性离子配体(作为主要萃取剂)与协同萃取剂。
[0025]在一些实施例中，所述凝胶液膜包括内外互穿设置的多孔支撑膜、吸附性凝胶骨
架以及被吸附带有萃取效果的液相组分。
[0026]在一些实施例中，所述吸附性凝胶骨架的单体包括烯烃苯类单体与烯烃酯类单体等，例如，烯烃苯类单体可以优选为苯乙烯，烯烃酯类单体可以优选为丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十二酯等中的任意一种或两种的组合，但不限于此。
[0027]进一步地，所述吸附性凝胶骨架通过反应单体在一定反应温度通过自由基聚合反应生成。
[0028]在一些实施例中，所述特异性离子配体、协同萃取剂均独立地选自磷酸三丁酯、煤油、二甲苯、2
‑
噻吩甲酰三氟丙酮、三正辛基氧化磷、N503萃取剂、12
‑
冠
‑4‑
醚等中的任意一种或两种以上的组合，但不限于此。
[0029]在一些实施例中，本专利技术的液相组分中主要萃取剂与协同萃取剂之间具有特定对应关系。例如，比如磷酸三丁酯，磷酸三丁酯与三氯化铁配合的时候，磷酸三丁酯是作为主要萃取剂，三氯化铁是协同萃取剂本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种具有凝胶化结构的凝胶液膜，其特征在于，包括：内外互穿设置的多孔支撑膜、吸附性凝胶骨架，以及吸附于所述吸附性凝胶骨架上的液相组分，所述吸附性凝胶骨架主要由烯烃苯类单体和/或烯烃酯类单体经自由基聚合反应形成，所述液相组分包括作为主萃取剂的特异性离子配体与协同萃取剂。2.根据权利要求1所述的具有凝胶化结构的凝胶液膜，其特征在于：所述烯烃苯类单体包括苯乙烯；和/或，所述烯烃酯类单体包括丙烯酸丁酯、甲基丙烯酸十二酯中的任意一种或两种的组合；和/或，所述特异性离子配体、协同萃取剂均独立地选自磷酸三丁酯、煤油、二甲苯、2
‑
噻吩甲酰三氟丙酮、三正辛基氧化磷、N503萃取剂、12
‑
冠
‑4‑
醚中的任意一种或两种以上的组合，优选的，任意两种的液相组分之间的质量比为1∶4～4∶1。3.根据权利要求1所述的具有凝胶化结构的凝胶液膜，其特征在于：所述具有凝胶化结构的凝胶液膜的厚度为10～150μm；和/或，所述液相组分与吸附性凝胶骨架的质量比为10∶1～1∶2；和/或，所述多孔支撑膜包括超滤膜和/或微滤膜，优选包括聚偏氟乙烯超滤膜、聚偏氟乙烯微滤膜、聚全氟乙烯微滤膜中的任一种，优选为聚偏氟乙烯微滤膜；优选的，所述多孔支撑膜所含孔洞的孔径为5～220nm。4.根据权利要求1所述的具有凝胶化结构的凝胶液膜，其特征在于：所述具有凝胶化结构的凝胶液膜对多种离子混合盐溶液中的锂离子具有1
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‑1以上的传输速率，优选为1.5
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‑1以上；同时Li/K分离因子和Li/Na分离因子分别在30以上、8以上，优选分别在50以上、15以上。5.如权利要求1
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4中任一项所述具有凝胶化结构的凝胶液膜的制备方法，其特征在于，包括：使吸附性凝胶...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨衍韶，方望熹，靳健，
申请(专利权)人：中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究所，
类型：发明
国别省市：