本文關(guān)鍵詞：鋰離子分離膜材料的制備及其應用研究

  更多相關(guān)文章： 二苯并-14-冠-4 協(xié)同配位 鋰離子分離膜 鋰鎂分離

【摘要】：從高鎂鋰比鹵水中實現(xiàn)工藝簡單、能耗低及環(huán)境友好的提鋰工藝探索仍是開發(fā)鹵水鋰資源的研究熱點。在眾多從鹵水中提鋰的方法中,膜分離法工藝相對簡單、能耗低且環(huán)保,是值得研發(fā)和推廣的技術(shù)。由于鋰鎂元素性質(zhì)極其相似且共存于鹵水中,因此從高鎂鋰比鹵水中提鋰,必須解決鋰鎂分離問題。研究膜分離提鋰技術(shù)首先要解決膜對鋰鎂選擇性問題,即設計合成的提鋰分離膜要有高的鋰鎂分離能力。為此,本課題選用了對鋰離子能很好匹配螯合的大環(huán)冠醚,即二苯并-14-冠-4(DB14C4),DB14C4的內(nèi)腔直徑與鋰離子直徑匹配很好,能將鋰離子螯合其中,而DB14C4環(huán)上的4個氧原子成為四個配位原子能滿足“硬親硬”酸堿原則,而且其環(huán)上的兩個苯環(huán)可以修飾和功能基化,故而可選擇DB14C4作為分離鋰鎂的功能小分子。但是,在用萃取及動態(tài)遷移實驗評價DB14C4對鋰鎂分離效果時,發(fā)現(xiàn)其對鋰的萃取率不高,分析原因,是DB14C4不能滿足鋰離子的最佳配位數(shù)5～6的結(jié)構(gòu)要求,因此,尋找一種有機磷酸酯構(gòu)成與鋰形成最佳配位為5的協(xié)同配位體系。DB14C4與有機磷酸酯構(gòu)成的協(xié)同配位體系通過萃取及動態(tài)遷移實驗,對鋰的萃取率及鋰鎂分離系數(shù)均得到有效改善,但是,若直接采用此協(xié)同配位體系完成鋰鎂分離提鋰,必然存在操作成本高,溶劑消耗大,萃取劑回收時容易出現(xiàn)乳化,藥劑的環(huán)保處理不易,因此將此協(xié)同配位體系高分子化、固定在親水的高分子聚氨酯骨架上,并制備成具有高選擇性的鋰鎂分離膜材料。選擇聚氨酯作為分離膜的高分子骨架材料,是因為聚氨酯分子鏈上含有多種親水基,能得到親水性強的膜,而且聚氨酯主鏈上的氨基甲酸酯基、醚鍵等可以協(xié)同冠醚作用。通過探索分離膜的實驗的研究,本課題取得了如下結(jié)果；(1)運用超聲波法合成了DB14C4,產(chǎn)率達42.22%。用紅外光譜測定與高斯頻率計算比對法確定合成產(chǎn)物結(jié)構(gòu),并用質(zhì)譜,核磁共振氫譜對其結(jié)構(gòu)表征進行佐證。(2)考察了DB14C4及其與有機磷酸酯協(xié)同配位萃取對鋰鎂分離的效果,實驗結(jié)果表明：單一的DB14C4對鋰離子的萃取率僅為2%,對鋰鎂混合液中鋰離子的選擇性系數(shù)為1.20。當DB14C4與有機磷酸酯構(gòu)成的協(xié)同體系(即DB14C4與二(2-乙基己基)磷酸酯(B2EHPA)),則對鋰離子的萃取率增大到36%,選擇性系數(shù)增加到6.17。動態(tài)液膜遷移實驗也證實了協(xié)同配位體系能增加其對鋰離子的選擇性,當DB14C4與B2EHPA摩爾比為2：1時,動態(tài)遷移選擇率達到9.7。(3)為實現(xiàn)DB14C4的高分子化,將DB14C4和甲醛在甲酸催化的條件下發(fā)生羥甲基化反應,得到DB14C4的羥甲基化產(chǎn)物,然后將其與B2EHPA和聚氨酯原料混合,采用逐步聚合法成功制備出了聚氨酯型鋰離子分離膜材料,并通過選擇良溶劑及不良溶劑(致孔劑——甘油)進行成膜條件研究。(4)通過紅外光譜(IR)、熱分析(TG-DTA)、SEM、接觸角等對分離膜進行結(jié)構(gòu)測定,通過吸水率、溶損性、和力學性能等測定對聚氨酯型分離膜的綜合性能進行了評價。確定了各合成原料之間的最佳配比：DB14C4羥甲基化產(chǎn)物0.76 g、B2EHPA 0.45 mL、TDI 2.0 mL、聚醚多元醇4.0 mL、甘油0.80 mL(GL/PPG=20%)。(5)采用超濾杯考察分離膜透過實驗,得到該鋰離子分離膜的純水通量在甘油加入量≥20%時保持在125mL·m-2·min-1以上；在鹽溶液透過實驗中,鋰離子在分離膜的截留率平均為94.49%,而鎂離子的截留率為0。鋰離子分離膜再生后,在鋰鎂混合液的選擇性實驗中,每次洗脫再生后的Li+截留率下降在1%以內(nèi),而鎂離子在多次再生使用中基本能全部通過。多次洗脫再生后該分離膜性能是穩(wěn)定的,可以說明此鋰離子分離膜能夠多次循環(huán)利用,是一種性能較好的分離膜材料。
【關(guān)鍵詞】：二苯并-14-冠-4 協(xié)同配位 鋰離子分離膜 鋰鎂分離
【學位授予單位】：成都理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TQ051.893
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-12
• 第1章 引言12-25
• 1.1 鋰的性質(zhì)及用途12-13
• 1.2 我國的鋰資源分布及其特點13-14
• 1.3 提取鋰的研究現(xiàn)狀14-17
• 1.3.1 溶劑萃取法14-15
• 1.3.2 沉淀法15-16
• 1.3.3 吸附法16-17
• 1.3.4 其他方法17
• 1.4 冠醚化學的發(fā)展17-18
• 1.5 聚氨酯及聚氨酯膜分離材料概述18-23
• 1.5.1 聚氨酯的合成原料19
• 1.5.2 聚氨酯的分類及應用19-20
• 1.5.3 聚氨酯分離膜的制備方法20-21
• 1.5.4 聚氨酯分離膜的改性21-23
• 1.6 研究路線、內(nèi)容及意義23-25
• 1.6.1 研究路線23
• 1.6.2 研究內(nèi)容23-24
• 1.6.3 研究意義24-25
• 第2章 二苯并-14-冠-4超聲波合成及其用于鋰鎂分離的研究25-36
• 2.1 實驗試劑及儀器25-26
• 2.2 二苯并-14-冠-4的合成實驗26-27
• 2.2.1 二苯并-14-冠-4的合成原理26
• 2.2.2 超聲波法合成二苯并-14-冠-426
• 2.2.3 二苯并-14-冠-4的量子化學計算26-27
• 2.3 萃取實驗27
• 2.4 選擇性萃取實驗27-28
• 2.5 液膜遷移U型管實驗28-29
• 2.6 實驗結(jié)果與討論29-35
• 2.6.1 二苯并-14-冠-4的IR譜圖及其量子化學計算結(jié)果比對29
• 2.6.2 二苯并-14-冠-4的其他表征29-30
• 2.6.3 萃取實驗數(shù)據(jù)分析30-32
• 2.6.4 協(xié)同配位體系對鋰離子的選擇性實驗數(shù)據(jù)分析32-33
• 2.6.5 協(xié)同配位體系的U型管評價實驗33-35
• 2.7 本章小結(jié)35-36
• 第3章 鋰離子分離膜的制備與表征36-53
• 3.1 實驗試劑及儀器36-37
• 3.2 二苯并-14-冠-4的羥甲基化實驗37-38
• 3.2.1 合成原理37
• 3.2.2 合成方法37-38
• 3.3 鋰離子分離膜的制備38-42
• 3.3.1 合成原理38
• 3.3.2 合成方法38-39
• 3.3.3 分離膜合成條件實驗39
• 3.3.4 分離膜的溶損性測定39-40
• 3.3.5 分離膜的孔隙率測定40-41
• 3.3.6 分離膜的吸水率測定41
• 3.3.7 分離膜的結(jié)構(gòu)測定41
• 3.3.8 分離膜的力學性能測定41
• 3.3.9 分離膜的接觸角測定41-42
• 3.4 實驗結(jié)果與討論42-51
• 3.4.1 冠醚羥甲基化產(chǎn)物的紅外光譜分析42
• 3.4.2 分離膜的合成42-43
• 3.4.3 分離膜合成條件分析43-44
• 3.4.4 分離膜的溶損性分析44-45
• 3.4.5 分離膜的孔隙率分析45-46
• 3.4.6 分離膜的吸水率分析46-47
• 3.4.7 分離膜的結(jié)構(gòu)分析47-49
• 3.4.8 鋰離子分離膜的力學性能分析49
• 3.4.9 分離膜的接觸角測定討論49-51
• 3.5 本章小結(jié)51-53
• 第4章 鋰離子分離膜在鋰鎂分離中的應用53-63
• 4.1 膜分離透過實驗53-55
• 4.1.1 純水透過實驗54
• 4.1.2 pH值對鋰離子截留影響實驗54
• 4.1.3 溫度對鋰離子截留影響實驗54
• 4.1.4 分離膜對鋰離子最大截留量實驗54
• 4.1.5 鹽溶液透過實驗54-55
• 4.2 膜分離選擇性透過實驗55
• 4.2.1 鋰鎂混合溶液透過實驗55
• 4.2.2 模擬鹵水透過實驗55
• 4.3 鋰離子分離膜的重復利用實驗55
• 4.4 結(jié)果與討論55-62
• 4.4.1 純水透過實驗分析55-56
• 4.4.2 pH值對鋰離子截留影響實驗56-57
• 4.4.3 溫度對鋰離子截留影響實驗57-58
• 4.4.4 分離膜對鋰離子最大截留量實驗58
• 4.4.5 鹽溶液透過實驗58-59
• 4.4.6 膜分離選擇性透過實驗分析59-60
• 4.4.7 對模擬鹵水的透過實驗分析60-61
• 4.4.8 鋰離子分離膜的重復利用實驗61-62
• 4.5 本章小結(jié)62-63
• 結(jié)論63-65
• 致謝65-66
• 參考文獻66-70
• 攻讀學位期間取得學術(shù)成果70

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;可從海水制取工業(yè)用純凈水的分離膜[J];科技導報;1987年04期

2 于德才,洪廣言;無機分離膜的進展[J];膜科學與技術(shù);1990年04期

3 鄭世沛;;工業(yè)分離膜的開發(fā)和應用趨勢[J];材料導報;1990年01期

4 卓宗一;;分離膜技術(shù)[J];化學世界;1991年04期

5 張華民,王志群;無機分離膜的研究現(xiàn)狀與發(fā)展前景——Ⅰ.無機分離膜的制備與表征[J];無機材料學報;1993年01期

6 張有謨;分離膜的應用現(xiàn)狀及前景[J];現(xiàn)代化工;1995年07期

7 陳觀文;日本分離膜產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀（二）[J];膜科學與技術(shù);1996年04期

8 袁文輝,葉振華;無機分離膜的進展[J];廣東化工;1996年02期

9 黃永前,鄭昌瓊;無機分離膜與環(huán)境保護[J];環(huán)境工程;1998年02期

10 鄭領(lǐng)英;膜分離與分離膜[J];高分子通報;1999年03期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 譚士賓;宋新生;方亞峰;倪志偉;譚文鋒;;化工分離膜的研制開發(fā)[A];膜分離技術(shù)在石油和化工行業(yè)中應用研討會論文集[C];2006年

2 劉衛(wèi);;新型氧化物-金屬混合導體氫分離膜的制備與研究[A];第七屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集（第7分冊）[C];2010年

3 汪錳;吳禮光;莫劍雄;高從X&;;氧化還原引發(fā)接枝—填充聚合制備環(huán)境響應型分離膜[A];第三屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集（上）[C];2006年

4 孟廣耀;董強;劉杏芹;彭定坤;;無機多孔分離膜的若干新進展[A];中國膜科學與技術(shù)報告會論文集[C];2003年

5 馬艷勛;張鑫巍;栗廣勇;;有機蒸氣分離膜的工業(yè)應用[A];膜分離技術(shù)在石油和化工行業(yè)中應用研討會論文集[C];2006年

6 王娟;王孝軍;張剛;楊杰;;高性能聚芳硫醚砜分離膜制備與性能研究[A];2012年全國高分子材料科學與工程研討會學術(shù)論文集（上冊）[C];2012年

7 喻維民;;天然氣凈化分離膜的統(tǒng)計檢驗[A];天然氣分離與液化技術(shù)研討會論文匯編[C];2000年

8 張慶磊;呂曉龍;劉娟娟;武春瑞;賈悅;王暄;陳華艷;高啟君;;聚偏氟乙烯血液分離膜的制備和透析性能評價[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十三屆學術(shù)年會論文集[C];2013年

9 黃恒梅;王孝軍;楊彬;陳廣玲;楊杰;李光憲;;聚砜類分離膜的研究進展[A];第五屆中國功能材料及其應用學術(shù)會議論文集Ⅲ[C];2004年

10 張慶磊;呂曉龍;劉娟娟;武春瑞;賈悅;王暄;陳華艷;高啟君;;聚偏氟乙烯血液分離膜的制備和透析性能評價[A];天津市生物醫(yī)學工程學會第三十四屆學術(shù)年會論文集[C];2014年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 通訊員 王啟兵;國家特種分離膜工程技術(shù)中心獲準組建[N];科技日報;2011年

2 記者 張曄;國家特種分離膜工程技術(shù)研究中心在江蘇組建[N];科技日報;2012年

3 中國膜工業(yè)協(xié)會常務副秘書長 王繼文;分離膜產(chǎn)業(yè)亟待規(guī)范[N];中國化工報;2014年

4 華信;無機分離膜技術(shù)研究取得進展[N];中國化工報;2001年

5 張國華;全國分離膜標準化技術(shù)委員會在天津成立[N];中國質(zhì)量報;2008年

6 吳巧君;全國分離膜標準化技術(shù)委員會在津成立[N];天津日報;2008年

7 李曉巖;新工藝突破分離膜技術(shù)瓶頸[N];中國化工報;2002年

8 金雪華;紀念乙種分離膜制造技術(shù)啟動50周年大會召開[N];中國冶金報;2010年

9 汪偉;發(fā)展膜科技 提高自主創(chuàng)新能力[N];天津日報;2008年

10 ;“分離膜高效連續(xù)化生產(chǎn)技術(shù)研究”項目通過驗收[N];中國有色金屬報;2003年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 朱志文;高性能與高穩(wěn)定性致密陶瓷氫分離膜研究[D];中國科學技術(shù)大學;2013年

2 朱云慶;臭氧催化功能陶瓷分離膜的制備及其水處理性能[D];大連理工大學;2013年

3 王振剛;基于聚丙烯腈的分離膜制備與酶固定化研究[D];浙江大學;2008年

4 代正偉;聚丙烯分離膜的親水化[D];浙江大學;2010年

5 聶富強;丙烯腈/馬來酸共聚物分離膜的制備及表面改性[D];浙江大學;2004年

6 譚明;神經(jīng)網(wǎng)絡優(yōu)化分離膜制備條件的研究[D];大連理工大學;2013年

7 張海民;功能性TiO_2納米結(jié)構(gòu)分離膜及電極的制備、表征和性能研究[D];大連理工大學;2008年

8 黃華;雙相復合氧分離膜的相轉(zhuǎn)化流延制備和性能研究[D];中國科學技術(shù)大學;2014年

9 韓潤林;雜萘聯(lián)苯聚芳醚砜分離膜的制備及應用研究[D];大連理工大學;2011年

10 沈江南;固載促進傳遞CO_2分離膜的研究[D];浙江大學;2005年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 詹華寶;高通量纖維素膜的制備及其油水分離性能的應用研究[D];浙江工商大學;2016年

2 何文娟;強化CO_2分離膜選擇透過機制的研究[D];天津大學;2014年

3 馬子健;小分子胺和MOFs分別改性聚乙烯基胺制備高性能CO_2分離膜[D];天津大學;2014年

4 姜艷;高溫硅基陶瓷分離膜材料的制備與表征[D];合肥工業(yè)大學;2015年

5 吳佳佳;一種PVDF分離膜的研究[D];沈陽工業(yè)大學;2016年

6 鄧萍;CO_2優(yōu)先滲透復合分離膜的制備研究[D];華中科技大學;2014年

7 ，

本文編號：1037825