【技术实现步骤摘要】
本专利技术膜分离，具体涉及一种强化二维通道约束的粘土提锂薄膜及制备方法。
技术介绍
1、二维通道薄膜是一种由二维纳米片层层组装堆叠而来的新型分离薄膜，其具有纳米/亚纳米的有序二维通道结构。得益于薄膜通道高度可在亚纳米级精准调控(nature,2016,538:222-225)，薄膜能够实现精准的离子分离，且离子在二维通道中传输速率快，因此在盐湖卤水提锂应用领域具有巨大价值。
2、目前，已有报道技术能够制备出用于离子高效分离及卤水提锂应用的二维通道薄膜。专利cn115784248a提出了一种用于离子分离的二维粘土纳米通道薄膜的制备方法，通过对粘土纳米片的端面预组装强化薄膜通道结构的有序性，通过微米级大尺寸功能性二维纳米片辅料减少薄膜通道通孔数量，利用交联用有机物辅料构建三维网络结构，从薄膜内部强化通道结构的稳固性，因此薄膜的离子精准识别传输、强度韧性等各方面性能优异，以满足实际提锂应用。专利cn114618314a公开了一种金属螯合物/氧化石墨烯复合膜，通过逐层旋涂，使多齿配体与金属阳离子在每层氧化石墨烯膜之间均发生螯合作用，形成了金属螯合物均匀稳定插入氧化石墨烯膜层间的结构，从而精确调控氧化石墨烯膜二维纳米通道的物理结构和化学环境，使制备得到的有序组装金属螯合物/氧化石墨烯复合膜可以有效抑制溶胀，促进单价离子快速传输，有效截留二价离子。
3、然而，现有薄膜技术主要关注于对通道结构的有序组装和调控，进而提高薄膜的性能。由于不同地区及同一地区不同工段的盐湖卤水性质存在差异(镁锂比差异显著)，而二维薄膜通道高度
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种强化二维通道约束的粘土提锂薄膜，通过在通道薄膜内对纳米片端面进行精准的交联约束，同时利用薄膜表界面功能层的亲疏水调控功能，强化对通道高度的约束效果，削弱水分子和入料条件对薄膜通道溶胀的影响，从而强化薄膜在不同卤水条件下的分离性能。
2、为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案为：
3、一种强化二维通道约束的粘土提锂薄膜，它包括网孔基底，及设置在其表面的二维粘土纳米片自组装交联层和亲疏水性调控功能层；其中，二维粘土纳米片自组装交联层首先利用含巯基的端面修饰有机物和长链增强有机物对二维粘土纳米片进行修饰，然后进行自组装得有机修饰二维粘土纳米片功能层，再同步引入氧化剂和金属离子进行交联反应得到。
4、上述方案中，所述含巯基的端面修饰有机物可选用谷胱甘肽或半胱氨酸等分子链同时含氨基和巯基的小分子有机物。
5、上述方案中，所述长链增强有机物可选用聚乙烯醇、聚丙烯酸、聚丙烯酰胺等富含羟基或羧基的长链有机物。
6、进一步地，所述长链增强有机物的分子量为3000-150000。
7、上述方案中，所述氧化剂可选用过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸氨、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢氨、过氧化氢等中的一种以上。
8、上述方案中，所述金属离子可选用al3+、fe3+、ca2+、zn2+、mn2+等中的一种以上。
9、上述方案中，所述亲疏水性调控功能层由胺类单体和酰氯类单体进行聚合反应得到。
10、进一步地，所述胺类单体可选用乙二胺、乙二胺四乙酸、四乙烯五胺、哌嗪、间苯二胺、对苯二胺、聚乙烯亚胺等中的至少一种；酰氯类单体可选用均苯三甲酰氯、对苯二甲酰氯、间苯二甲酰氯、联苯二甲酰氯、苯三磺酰氯、丙三酰氯等中的至少一种。
11、上述方案中，所述网孔基底为网孔滤布，其材质为亲水型尼龙、聚四氟乙烯、涤纶树脂等中的一种。
12、上述方案中，所述网孔基底的网孔尺寸为200-300目。
13、上述方案中，所述粘土纳米片为蒙脱石纳米片、蛭石纳米片、云母纳米片等中的一种以上。
14、上述方案中，所述粘土纳米片的平均尺寸为0.1-10μm。
15、本专利技术还提供了一种强化二维通道约束的粘土提锂薄膜的制备方法，包括以下步骤：
16、(1)将粘土纳米片、含巯基的端面修饰有机物和长链薄膜增强有机物加入水中，进行搅拌反应，形成铸膜悬浮液；
17、(2)将铸膜悬浮液均匀涂覆于网孔基底上，并干燥成膜；
18、(3)将所得干燥薄膜在包含氧化剂和金属离子的溶液中进行浸渍交联，然后用水漂洗；
19、(4)将步骤(3)所得交联薄膜依次浸渍于胺类单体溶液和酰氯单体的溶液中进行聚合反应，构建界面功能层(亲疏水性调控功能层)，干燥，即得所述强化二维通道约束的粘土提锂薄膜。
20、上述方案中，所述搅拌反应采用室温条件，时间为0.5-3h。
21、优选地，所述含巯基的端面修饰有机物和长链膜层增强有机物的用量均为所述粘土纳米片质量的1-20％，铸膜悬浮液中粘土纳米片的浓度为1-3wt％。
22、上述方案中，所述包含氧化剂和金属离子的溶液中，氧化剂的浓度为0.1-10wt％，金属离子的浓度为0.1-5mol/l，氧化剂和金属离子溶液浸渍交联的时间为0.5-20min。
23、上述方案中，所述聚合反应首先将步骤(3)交联所得薄膜浸泡在胺类单体溶液中进行浸渍处理0.1-10min，然后取出并浸泡在酰氯单体的溶液中进行酰氯聚合反应0.1-5min。
24、上述方案中，所述胺类单体溶液的浓度为0.1-10wt％，所述酰氯单体溶液的浓度为0.01-5wt％。
25、本专利技术采用网孔基底，以二维粘土纳米片为铸膜的主要原料，利用有机物修饰的纳米片并在网孔滤布上层层有序组装，干燥成膜后，再通过离子和化学同步交联手段增强纳米片间的相互约束能力，并在薄膜表界面原位构建和包覆亲疏水性调控的功能层，得所述强化二维通道约束的粘土提锂薄膜。
26、本专利技术的工作原理为：二维通道薄膜内纳米片是通过“面面结合、端端相接”的方式排列，因此进一步强化纳米片端面相互作用是提高薄膜通道约束的有效手段；本专利技术采用的粘土纳米片端面具有丰富的铝羟基，首先利用谷胱甘肽等含胺基、巯基有机物和长链增强有机物对其进行同步修饰，利用铝羟基和胺基的氢键作用可将巯基同步引入纳米片端面，同时长链增强有机物可进一步强化薄膜结构强度。在纳米片有序堆叠后(干燥成膜后)，利用巯基的氧化交联并结合金属离子的交联作用，进行同步交联，巯基的氧化交联作用在纳米片端面，可实现薄膜通道内外的强化交联，有效约束薄膜通道高度。此外，薄膜通道高度的变化受水分子的影响很大；本专利技术利用胺类组分和酰氯类组分通过酰胺聚合反应形成可调控亲疏水性的聚合功能层，所得聚合功能层荷正电因而能够包覆在荷负电的粘土薄膜本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种强化二维通道约束的粘土提锂薄膜，其特征在于，它包括网孔基底，及设置在其表面的二维粘土纳米片自组装交联层和亲疏水性调控功能层；其中，二维粘土纳米片自组装交联层首先利用含巯基的端面修饰有机物和长链增强有机物对二维粘土纳米片进行修饰，然后进行自组装得有机修饰二维粘土纳米片功能层，再同步引入氧化剂和金属离子进行交联反应得到。
2.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述含巯基的端面修饰有机物为分子链同时含巯基和氨基的小分子有机物。
3.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述长链增强有机物为含羧基或羟基的长链有机物。
4.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸氨、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢氨、过氧化氢中的一种以上；金属离子为Al3+、Fe3+、Ca2+、Zn2+、Mn2+中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述亲疏水性调控功能层由胺类单体和酰氯类单体进行聚合反应得到。
6.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所
7.权利要求1～6任一项所述强化二维通道约束的粘土提锂薄膜的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述含巯基的端面修饰有机物和长链膜层增强有机物的用量均为所述粘土纳米片质量的1-20％，铸膜悬浮液中粘土纳米片的浓度为1-3wt％。
9.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述包含氧化剂和金属离子的溶液中，氧化剂的浓度为0.1-10wt％，金属离子的浓度为0.1-5mol/L；浸渍交联的时间为0.5-20min。
10.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述聚合反应首先将步骤(3)交联所得薄膜浸泡在胺类单体溶液中进行浸渍处理0.1-10min，然后取出并浸泡在酰氯单体的溶液中进行酰氯聚合反应0.1-5min。
...【技术特征摘要】
1.一种强化二维通道约束的粘土提锂薄膜，其特征在于，它包括网孔基底，及设置在其表面的二维粘土纳米片自组装交联层和亲疏水性调控功能层；其中，二维粘土纳米片自组装交联层首先利用含巯基的端面修饰有机物和长链增强有机物对二维粘土纳米片进行修饰，然后进行自组装得有机修饰二维粘土纳米片功能层，再同步引入氧化剂和金属离子进行交联反应得到。
2.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述含巯基的端面修饰有机物为分子链同时含巯基和氨基的小分子有机物。
3.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述长链增强有机物为含羧基或羟基的长链有机物。
4.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述氧化剂为过硫酸钾、过硫酸钠、过硫酸氨、过硫酸氢钾、过硫酸氢钠、过硫酸氢氨、过氧化氢中的一种以上；金属离子为al3+、fe3+、ca2+、zn2+、mn2+中的一种以上。
5.根据权利要求1所述的粘土提锂薄膜，其特征在于，所述亲疏水性调控功能层由胺类...
【专利技术属性】
技术研发人员：赵云良，高仁波，温通，张婷婷，
申请(专利权)人：武汉理工大学，
类型：发明
国别省市：
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