适用于电位差推动分离过程的离子印迹复合膜研究

针对当前浓度差推动的金属离子印迹聚合物膜选择性好但透过通量过低的问题，本项目首次提出以电位差作为离子透过离子印迹聚合物膜的推动力，以有效提高膜的传质通量。针对离子印迹聚合物一般导电性差的问题，提出采用复合膜的结构，用导电性好、机械强度高的磺化聚醚醚酮作为支撑层材料，表层的离子印迹聚合物薄层保证了复合膜对印迹离子的特异选择性。本项目通过对复合膜的制备条件和电位差推动下膜分离操作过程的优化，结合膜的结构表征和性能测试，并利用分子模拟手段，从定性和定量两个角度探讨电场存在下膜对离子的选择透过机理。通过本课题的研究，将为海水中稀有金属的资源化提取以及含重金属、贵金属离子的污水回收处理提供一种操作简单、高效节能的分离技术。对于分子印迹聚合物膜在其它带电离子或分子分离领域的应用也有重要的参考价值。

离子印迹膜利用离子印迹技术将空间和结合位点上与目标离子完美匹配的作用位点引入膜内，形成仅允许目标离子通过的渗透通道，从而使膜具备离子选择性。已报道的离子印迹膜多以浓度差作为透过膜的推动力，而以离子交换膜为基膜的离子印迹复合膜用于电位差推动的分离过程可提高透过通量。本项目在已有工作的基础上，首先以水解后的聚丙烯腈超滤膜为基膜，制备了聚乙烯亚胺动态沉积的复合膜，以铜离子为模板离子，经离子吸附、交联和酸洗脱等过程制备了铜离子印迹复合膜。由膜对铜、锌两种离子的分离因子计算而来的吸附过程印迹系数和透过过程印迹系数分别为5.07和2.25，说明该膜对模板离子显示出良好的吸附选择性和透过选择性；以商品化的阳离子交换膜为基膜，通过电沉积法制备了聚乙烯亚胺改性的复合膜，并通过离子印迹过程制得了铜离子印迹复合膜。在电场推动下考察了膜的透过选择性。结果表明，随着聚乙烯亚胺电沉积量的增加膜的选择性有所降低，而通量增加；随着原料液中铜、锌离子浓度的增加膜的透过通量和选择性均增加。选择合适的模板离子如镍离子用于浓海水制盐用单多价离子选择性膜的制备，制得的膜在导电性提高的同时保持了较高的选择性，可有效降低电渗析过程的能耗。本课题的研究成果为海水中离子的提取、分离及含重金属、贵金属离子的污水回收处理提供了一种操作简单、高效的分离手段，具有重要的学术价值和广阔的应用前景。