摘要
由于锂资源在工业化社会中所占的比重逐步增大，因此发展高效的盐湖锂资源提取技术具有重要的理论意义和应用价值。本文以对Li+具有选择性识别的二氨基-二苯并-14-冠-4为功能单体，制备冠醚功能化膜。分别采用吸附分离法和扩散分离法探究冠醚功能化膜的分离效果。 首先制备冠醚交联聚砜超滤膜，并利用动态循环吸附法探究其镁锂分离性能。通过二氨基-二苯并-14-冠-4(DAB14C4)和氯甲基化聚砜(CMPSf)之间的亲核取代反应将DAB14C4与CMPSf交联，以反应液为铸膜液采用NIPS法制备冠醚交联聚砜膜(DAB14C4-cr-PSf)。通过控制交联反应条件如冠醚浓度、反应时间、反应温度、热处理时间来调控DAB14C4-cr-PSf膜中冠醚固载量。经优化后DAB14C4-cr-PSf的冠醚固载量达0.19mmol·g-1，对Li+的最大吸附量(QLi)和最高分离因子分别为8.55mg·g-1和5.96。 进一步，为提升冠醚功能化膜对镁锂的分离效果，采用界面聚合法制备冠醚功能化聚砜纳滤(NF)膜并探究其对Mg2+/Li+的分离性能。通过DAB14C4与均苯三甲酰氯在CMPSf基膜上进行界面聚合构建冠醚功能化聚砜纳滤膜，并通过改变DAB14C4的溶剂种类以及DAB14C4和TMC的浓度来调控NF膜的聚酰胺层的纯水通量。采用ATR-FTIR、XPS、SEM、及Zeta电位表征了冠醚功能化聚砜NF膜表面的化学结构、形貌及荷电性。将制备的NF膜应用于扩散分离Mg2+/Li+。结果表明，Mg2+有效地通过DAB14C4@PSf膜，而Li+被截留于原料侧，使得原料侧Mg2+/Li+比显著降低。控制原料侧的Mg2+/Li+比为1~100，NF膜对Mg2+/Li+的分离因子SLi,Mg低至0。此外，制备的纳滤膜具有良好的重复使用性和长期稳定性。连续运行120h后，原料侧的Mg2+/Li+比从100.0降至26.4。 为促进DAB14C4@PSf膜的分离效率，引入外加电场，利用电场驱动提升二价Mg2+的电迁移速率。结果表明随Mg2+的渗透系数(UMg2+)从无电场条件下的2.1m·h-1（传质速率常数k=0.019）增加至1V电压时的3.8m·h-1(k=0.032)，提升了1.83倍。在混合体系中，各离子的渗透系数遵循UMg2+(1.82m·h-1)＞UNa+(1.40m·h-1)＞UK+(1.00m·h-1)的规律。即在多种共存离子的情况下，DAB14C4@PSfNF膜仍保持对Li+的截留性能(ULi+=0.00m·h-1)。在外加电场作用下，仅需72h即可使原料侧的Mg2+/Li+比由100下降至22.6。
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