离子分离中空纤维膜材料的制备及其应用基础研究

本项目以面向离子分离促进传递稳定性膜材料的制备和应用为目标，研究以磺化材料为基础的共混膜材料制备以及在膜接触器技术中的应用。本项目从材料制备出发，研究磺化高聚物与疏水高聚物共混材料的离子交换性能、离子透过性能、溶胀性等物化性能。以热力学和动力学研究为基础，以实现高聚物玻璃化转变、避免液-液相分离发生为指导思想，制备致密或者低孔隙率微结构的膜材料来解决液膜传递高效率和材料高稳定性的矛盾；系统研究膜制备中各种技术参数对膜材料微结构的影响。以液膜流动性膜接触器为基础，研究新型膜材料在锂离子、铜离子和六价铬离子的分离过程中的分离效率和稳定性，建立传质模型实现对离子稳定通量的模拟。本项目研究摆脱了支撑液膜的支撑的概念，将新型膜材料与液膜流动型膜接触器结合，实现液膜长期稳定性，为液膜技术的工业化奠定材料和工程基础。

具有载体促进传递的支撑液膜是一种高效的节能减排、治理环境污染的重要分离技术。就我国经济发展的重大需求而言，面向离子分离的促进传递技术在稀有、贵重金属材料的可持续利用，高镁锂比的青海盐湖水中锂的高效提取，对环境、生态和生活质量危害严重的金属砷，汞，铬等的分离等等领域都有着非常重要的作用。具有载体促进传递的支撑液膜在金属分离中性能卓越，然而由于支撑液膜的不稳定性，目前尚未见成功的工业化案例。其主要原因是溶剂和萃取载体从多孔膜载体流失而导致支撑液膜通量的衰减和选择性降低。..本项目以面向离子分离促进传递稳定性膜材料为目标，旨在建立一个离子分离技术平台，拟以SPEEK为基础制备具有离子交换性能的致密或者具有低孔隙率膜，采用液膜流动型膜接触器技术实现支撑液膜的稳定性操作，为该技术的工业化前景奠定基础。.项目研究从2010年1月开始到2012年12月底结束，基本完成了预定的研究目标，得到下列研究成果：.（1）.得到具有微纳孔结构的PES/SPPESK共混膜材料，并应用于铜离子和锂离子的分离，初步试验结构表明对基于煤油溶剂的萃取体系，比如铜离子和锂离子萃取体系，膜材料稳定性较高；而对锂离子提取的HA体系，由于膜材料不耐邻二氯苯等有机溶剂，材料依然无法长时间稳定地进行分离。.（2）.研究了PVA/SPEEK共混致密膜材料，并通过戊二醛等进行交联，发现材料在溶剂，比如NMP, DMAc和邻二氯苯等溶剂中可以短时间稳定存在；由于交联形成的膜材料对离子的阻力较大，锂离子在膜材料中的通量在10-10 mol/cm2.hr级别，同时材料不耐强碱， 无法达到要求。.（3）.最新的进展是耐酸耐碱耐有机溶剂膜材料（ABORM）的获得，为我们开展膜萃取提供了核心的材料。该材料不仅具备项目要求的孔结构，而且对离子传递的效率高，锂离子通量在10-8 mol/cm2.hr级别，初步具备了实现产业化的可行性。.在项目支持下，2010年到2012年发表学术论文21 篇，SCI收录10篇，重要学术会议报告4 次，专著章节2篇，国家发明专利6项，授权申请专利2项，培养硕士研究生7名。