锂离子筛聚苯砜复合膜制备及其应用性能研究

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我国的锂资源主要存在于盐湖卤水中,其锂资源丰富,但具有高镁锂比和高钠锂比的特点为从卤水当中获取锂资源增加了难度。锂离子筛具有较高的选择性和良好的吸附能力,对在卤水资源中提锂具有不可替代的作用,但工业化应用过程中面临粉状离子筛易流失的问题。本文制备出全海绵聚苯砜(PPSU)超滤膜,分别将锰基-Li1.6Mn1.6O4离子筛和铝基-Li Cl·2Al(OH)3·n H2O吸附剂掺入PPSU膜中制备复合膜,并将其应用于卤水提锂过程研究。首先,为固定化锂离子筛提供充分空间,采用非溶剂致相分离法(NIPS)制备具有全海绵孔结构的PPSU超滤膜。在N-甲基吡咯烷酮(NMP)-无水乙醇(Et OH)组成的凝胶浴中探究了添加剂聚乙二醇(PEG)、聚乙烯吡咯烷酮(PVP)的分子量和含量对PPSU超滤膜结构和性能的影响。结果表明,在以NMP-Et OH体系的凝胶浴中所制备的PPSU超滤膜通量较低,更换凝胶浴为NMP-H2O,提高了PPSU超滤膜的通量。凝胶浴温度的升高促进海绵孔生成的同时,降低了PPSU膜的通量。全海绵PPSU超滤膜的制备工艺经优化后确定为:15 wt%PPSU-6 wt%PEG 4000-4 wt%PVPK30-75wt%NMP,14℃的凝胶浴组成为72 wt%NMP-28 wt%H2O。其次,为了实现对粉体Li1.6Mn1.6O4有效固定,将全海绵配方的PPSU超滤膜的铸膜液与通过水热法制备的Li1.6Mn1.6O4进行物理掺杂,制备出PPSU-Li1.6Mn1.6O4复合膜并将其用于静态脱附和动态吸附。实验结果表明,球磨后的Li1.6Mn1.6O4含量24 wt%时,脱锂过程是在25 min时达到平衡,脱锂量为2674.72 mg/m~2。动态吸附过程是在55 min时达到平衡,吸附量为1792.88 mg/m~2。PPSU-Li1.6Mn1.6O4复合膜在经历8个动态循环实验过后,表现出良好的循环耐用性。PPSU-Li1.6Mn1.6O4复合膜在高Mg/Li的环境中表现出良好的选择性和吸附能力。最后,通过共沉淀法合成的Li Cl·2Al(OH)3·n H2O吸附剂与全海绵PPSU膜结合,探究PPSU-Li Cl·2Al(OH)3·n H2O复合膜的静态吸附/动态脱附性能。结果表明,在Li Cl·2Al(OH)3·n H2O吸附剂的含量为9 wt%时,静态吸附时间为48 h时吸附量为124.28mg/m~2。操作压力不改变脱锂量,影响脱附速率。综上所述,本文研究了全海绵孔结构PPSU超滤膜的成膜机理。制备的PPSU-Li1.6Mn1.6O4复合膜具有较高的吸附能力和选择性并在高镁锂比卤水中得到验证。操作压力影响PPSU-Li Cl·2Al(OH)3·n H2O复合膜的脱锂速率。
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