摘要
随着新能源汽车、便携式电子设备等技术的快速发展，世界各国的锂资源需求量大幅提升，锂资源的提取技术受到研究人员的广泛关注。我国盐湖卤水中的锂资源储量丰富，但每年仍有80%左右的锂资源依赖进口，传统的盐湖提锂技术难以适用于我国低锂浓度、高镁锂比的客观条件。 纳滤膜分离技术是一种新兴的锂镁分离技术，有着操作流程简单，设备集成化高、能量消耗低等优势，有望用于我国高镁锂比的盐湖卤水处理并实现锂镁分离。其中，具有良好锂镁分离性能和长期稳定性纳滤膜的制备是实现纳滤膜法锂镁分离的关键。本文利用不同分子量的聚乙烯亚胺（PEI）先后参与反应构建纳滤膜的活性层，同步优化了纳滤膜活性层的交联度和表面电荷，强化了其在纳滤过程中的尺寸筛分作用和 Donnan效应，最终制备了锂镁分离性能优异的改性纳滤膜。具体的研究内容如下： （1）分别以 PEI-600 和均苯三甲酰氯（TMC）为水相和有机相单体进行界面聚合制备纳滤膜，通过调节参与反应单体的比例，优化了反应制备的聚酰胺纳滤膜的活性层交联度和表面电荷等物理化学性质。当PEI-600溶液的浓度为0.5%（w/v），TMC溶液为 0.2%（w/v）时，反应制备的聚酰胺纳滤膜平均孔径为 0.27 nm、孔径分布最窄，且表面电荷为 10.58 mV，对进料浓度为 1000 ppm 的 LiCl 和 MgCl2溶液的截留率分别为40.69%和 88.09%。将该纳滤膜用于进料浓度为 3000 ppm，初始镁锂质量浓度比为 50∶1的混合溶液进行测试，纳滤膜溶液通量在 120 h 持续使用中稳定在 22.40 L•m-2•h-1•Mpa-1以上，且锂镁分离因子维持在17.58-16.74之间，具有一定的锂镁分离能力。 （2）为提高纳滤膜在纳滤过程中的尺寸筛分作用和Donnan效应，强化其锂镁分离性能，选取不同分子量的PEI对前述聚酰胺纳滤膜进行表面接枝，在消除活性层中残留酰氯基团（-COCl）的同时引入更多的氨基（-NH2），提高纳滤膜的正电性，同时优化活性层的孔径和孔径分布。二次接枝 PEI 的分子量为 70000 Da 时制备的改性纳滤膜的活性层交联度增大、活性层厚度由 65.0 nm 增加至 89.5 nm、平均孔径减小至 0.189 nm、孔径分布变窄、亲水性增强、表面电荷提高至 33.93 mV，在纳滤过程中拥有更加理想的尺寸筛分性能和Donnan 效应。在进料浓度为 3000 ppm，镁锂质量浓度比为 50∶1 的条件下，该纳滤膜可以在 120 h 连续使用中保持约 18.5 L•m-2•h-1•Mpa-1的溶液通量，同时实现稳定后超过140的锂镁分离因子，展现出良好的锂镁分离性能。 （3）为进一步优化纳滤膜的表面电荷和活性层的交联度，通过调整PEI-600与TMC发生界面聚合反应的时间，改善了改性纳滤膜表面的物理化学性质，优化了它的锂镁分离性能。将界面聚合反应时间由 3 min 调整为 1 min，此时制备的改性纳滤膜PEI-70000/PA/PES 具有较为适宜的尺寸筛分性能，且表面正电荷增加至 35.15 mV，可 以在保证纳滤过程尺寸筛分作用的同时强化Donnan效应。在进料镁锂质量浓度比为50∶1，初始浓度为2000 ppm 和 3000 ppm 时，PEI-70000/PA/PES 可以在150 h 的连续测试中保持约20 L•m-2•h-1MPa-1的溶液通量，同时拥有稳定后超过 150 的锂镁分离因子，渗透液中的镁锂比降至0.32∶1，实现了对混合溶液中Li+和Mg2+的持久高效分离。 本论文的研究为适用于高镁锂比盐湖卤水的锂镁分离纳滤膜的制备提供了新思路。
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