本文關鍵詞：鋰離子選擇透過膜微結構調(diào)控與傳遞過程強化

  更多相關文章： 單價選擇型離子交換膜 磺化聚醚醚酮 鋰離子篩 微結構調(diào)控 離子通量 離子選擇性

【摘要】：單價選擇型離子交換膜用于鹽湖提鋰的報道較少,雖然效果優(yōu)于商業(yè)納濾膜,但Li~+與Mg~(2+)的分離效果還有待提高,且沒能解決Li~+與Na~+、K~+的分離問題。本研究圍繞Li~+專屬傳遞通道構建與傳遞過程強化,依據(jù)“Donnan效應”分離原理和鋰離子篩的“鋰離子篩效應”,探索高選擇性、高Li~+通量的選擇透過膜及其可控制備方法。重點研究改性鋰離子篩對膜微結構的影響規(guī)律,功能化鋰離子篩上荷電基團與膜材料荷電基團之間的相互作用機制,復合層與基膜的協(xié)同作用機制。針對復合膜具有雙層界面的特點,探索多尺度協(xié)同效應及其作用機制對離子傳遞的影響規(guī)律,獲得強化傳遞過程的理論和方法,以期為鹽湖鹵水和海水的綜合利用提供技術支持。具體內(nèi)容概述如下:(1)基于鋰離子篩在磺化聚醚醚酮(SPEEK)基質(zhì)中構建Li~+專屬傳遞通道。受“鋰離子篩效應”啟示,將鋰離子篩分散到SPEEK基質(zhì)中制備雜化膜,磺酸刷改性的鋰離子篩(SHMO)采用蒸餾沉淀共聚合法制備。SEM斷面圖表明改性的鋰離子篩均勻分散在SPEEK基質(zhì)中,從而能在膜中構建Li~+專屬傳遞通道,并沿有機-無機界面構建連續(xù)的離子傳遞通道。陽離子通量在形成的連續(xù)通道以及與SPEEK基質(zhì)的“Donnan效應”下得到了極大的提高。與純SPEEK膜相比,雜化膜在SHMO填充量為20%時性能達到最優(yōu),其Li~+通量提高了65.9%,比商業(yè)化的單價選擇型離子交換膜(Neosepta CIMS)高190%;P(Li~+/Mg~(2+))和P(Li~+/K~+)值分別提高了400%和66.5%,分別比Neosepta CIMS高67.6%和52.4%。(2)以SP/SHMO-20為基膜,然后采用界面聚合技術,在基膜上形成含氨基改性鋰離子篩(NHMO)的荷正電復合層,制備Li~+選擇透過復合膜。結果表明,基膜與荷正電復合層之間結合牢固,在最優(yōu)條件1.2%填充量下,膜內(nèi)豐富的Li~+專屬傳遞通道使得雜化膜的P(Li~+/Mg~(2+))提高了36.2%,比Neosepta CIMS高101%,提高了復合膜對Li~+和Mg~(2+)的選擇性。(3)通過界面聚合技術在SP/SHMO-20基膜上形成荷正電復合層,制備Li~+選擇透過膜,改性鋰離子篩通過蒸餾沉淀共聚合法在鋰離子篩表面接枝咪唑基聚合物刷。膜斷面SEM結果表明基膜與復合層之間結合牢固,P(Li~+/Mg~(2+))值均高于SP/PEI-NHMO-X,當填充1.2%的VHMO時,Li~+通量達7.31×10~(-4) mol s~(-1) m~(-2),P(Li~+/Mg~(2+))和P(Li~+/K~+)值分別提高到3.982和1.362,分別比Neosepta CIMS高117%和52.7%,表明所制備復合膜有望實現(xiàn)Li~+與Mg~(2+)、K~+的分離。(4)通過減小基膜和復合層的厚度提高膜總體性能,結果發(fā)現(xiàn),膜厚度的變薄縮短了離子傳遞路徑,減小了膜內(nèi)的離子傳遞阻力,從而表現(xiàn)出良好的電導率和離子通量,在保持Li~+和Mg~(2+)選擇性(P(Li~+/Mg~(2+))=3.862)的前提下其面電阻下降到4.07?cm~2,同時通量提高到8.21×10~(-4) mol s~(-1) m~(-2)。
【關鍵詞】：單價選擇型離子交換膜 磺化聚醚醚酮 鋰離子篩 微結構調(diào)控 離子通量 離子選擇性
【學位授予單位】：鄭州大學
【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
• 1 緒論12-26
• 1.1 鋰資源分布與開發(fā)12-16
• 1.1.1 鋰資源分布12-13
• 1.1.2 鹽湖提鋰技術13-16
• 1.2 鋰離子篩提鋰技術簡介16-20
• 1.2.1 鋰離子篩分類16-18
• 1.2.2 鋰離子篩吸附機理18-20
• 1.2.3 鋰離子篩成型技術20
• 1.3 膜分離技術提鋰20-21
• 1.3.1 納濾技術鋰鎂分離20-21
• 1.3.2 電滲析技術鋰鎂分離21
• 1.4 單價選擇型離子交換膜21-24
• 1.4.1 離子交換機理21-22
• 1.4.2 單價選擇型交換膜的制備方法22-23
• 1.4.3 單價選擇型離子交換膜研究進展23-24
• 1.5 論文選題及主要思路24-26
• 2 實驗部分26-33
• 2.1 試劑、材料與儀器26-28
• 2.1.1 試劑與材料26-27
• 2.1.2 實驗儀器27-28
• 2.2 膜的表征28-29
• 2.2.1 傅利葉變換紅外光譜（FTIR）28
• 2.2.2 透射電子顯微鏡（TEM）28
• 2.2.3 場發(fā)射掃描電鏡（FESEM）28
• 2.2.4 廣角X射線衍射（XRD）28
• 2.2.5 熱重分析（TGA）28-29
• 2.2.6 膜機械性能測試29
• 2.3 吸水率（Water uptake）和溶脹度（Area swelling）29
• 2.4 離子交換容量（IEC）29-30
• 2.5 膜電阻30
• 2.6 離子通量30-31
• 2.7 膜的選擇透過系數(shù)P(Li~+/Mg~(2+))和P(Li~+/K~+)31-32
• 2.8 本章小結32-33
• 3 基于磺酸基改性鋰離子篩構建Li~+傳遞通道33-50
• 3.1 引言33
• 3.2 SP/HMO和SP/SHMO復合膜的制備33-34
• 3.2.1 HMO和SHMO的制備33-34
• 3.2.2 復合膜的制備34
• 3.3 HMO及SHMO的表征34-37
• 3.4 膜結構表征與物理化學性質(zhì)37-41
• 3.5 膜的吸水溶脹性能41-44
• 3.6 膜的IEC值44-45
• 3.7 膜面電阻值45-46
• 3.8 膜對Li~+、Mg~(2+)和K+的通量46-47
• 3.9 膜的選擇透過系數(shù)P(Li~+/Mg~(2+))和P(Li~+/K~+)47-48
• 3.10 本章小結48-50
• 4 界面聚合法制備Li~+選擇透過膜50-65
• 4.1 引言50-51
• 4.2 SP/PEI-HMO和SP/PEI-NHMO復合膜的制備51-53
• 4.2.1 HMO和NHMO的制備51
• 4.2.2 復合膜的制備51-53
• 4.3 HMO和NHMO的表征53-54
• 4.4 膜結構表征與物理化學性質(zhì)54-58
• 4.5 膜的吸水溶脹性能58-60
• 4.6 膜面電阻值60-61
• 4.7 膜對Li~+、Mg~(2+)和K~+的通量61-62
• 4.8 膜的選擇透過系數(shù)P(Li~+/Mg~(2+))和P(Li~+/K~+)62-64
• 4.9 本章小結64-65
• 5 基于咪唑基改性鋰離子篩界面聚合膜的制備65-76
• 5.1 引言65
• 5.2 SP/PEI-VHMO復合膜的制備65-66
• 5.2.1 VHMO的制備65-66
• 5.2.2 復合膜的制備66
• 5.3 HMO和VHMO的表征66-68
• 5.4 膜結構表征與物理化學性質(zhì)68-70
• 5.5 膜吸水溶脹性能70-71
• 5.6 膜面電阻值71-72
• 5.7 膜對Li~+、Mg~(2+)和K~+的通量72-73
• 5.8 膜的選擇透過系數(shù)P(Li~+/Mg~(2+))和P(Li~+/K~+)73-74
• 5.9 膜結構-面電阻優(yōu)化74-75
• 5.10 本章小結75-76
• 6 結論76-78
• 6.1 結論76-77
• 6.2 主要創(chuàng)新點77
• 6.3 研究展望77-78
• 參考文獻78-84
• 個人簡歷、學術論文與研究成果84-85
• 致謝85

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 綦鵬飛;朱桂茹;王鐸;高從X&;;鋰離子篩的制備及其吸附性能研究[J];功能材料;2010年03期

2 董殿權;畢參參;李晶;胡嘵瑜;林潤雄;;三維有序大孔鋰離子篩的制備及其交換性能研究[J];無機化學學報;2012年07期

3 沈祥木;王學元;;離子篩法從水溶液中提鋰的研究[J];化學學報;1981年Z1期

4 雷家珩,尚建華,陳永熙,弓巧俠,李英霞;錳系離子篩材料的合成及性能研究[J];化工新型材料;2001年06期

5 王林雙,那平,王榕樹;脫鉛離子篩的界面篩分機理[J];科學通報;2002年01期

6 沈霞;方建慧;蘇毅玲;施利毅;;鋰離子篩的制備和應用[J];云南大學學報(自然科學版);2005年S3期

7 陳白珍;馬立文;石西昌;徐徽;楊喜云;;鋰離子篩前驅(qū)體制備方法的研究進展[J];無機鹽工業(yè);2009年07期

8 張亮;袁俊生;付云朋;于占花;朱孔秀;;尖晶石型鋰離子篩的直接水熱合成及其鋰吸附性能[J];無機鹽工業(yè);2010年10期

9 石西昌;余亮良;陳白珍;張麗芬;周定方;;尖晶石型鋰離子篩的制備及其吸附性能[J];中南大學學報(自然科學版);2011年08期

10 周惠敏;袁俊生;張亮;付云朋;侯進;;水熱法合成鉻摻雜尖晶石型鋰離子篩及其鋰吸附性能[J];功能材料;2011年S4期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前7條

1 王群龍;賈文志;朱志榮;;鹽湖水中鋰富集交換離子篩的研究[A];第十七屆全國分子篩學術大會會議論文集[C];2013年

2 那平;王林雙;孫巖;王榕樹;;新型釹離子篩的制備及其性能研究[A];第三屆全國傳質(zhì)與分離工程學術會議論文集[C];2002年

3 那平;劉劍鋒;張海燕;王榕樹;;新型提釹離子篩的研制[A];中國稀土學會第一屆青年學術會議論文集[C];2005年

4 翟瑞國;王學思;蔡曉嬌;那平;;脫碘離子篩吸附性能的研究[A];中國核科學技術進展報告（第二卷）——中國核學會2011年學術年會論文集第5冊（輻射防護分卷、核化工分卷）[C];2011年

5 蒙麗麗;程艷紅;陳悅;;復合熔鹽法合成Li_4Ti_5O_(12)離子篩[A];2009中國功能材料科技與產(chǎn)業(yè)高層論壇論文集[C];2009年

6 范艷青;馮林永;蔣訓雄;汪勝東;蔣偉;劉巍;張登高;;多金屬結核制備鋰離子篩的反應機理研究[A];2012年全國冶金物理化學學術會議專輯（下冊）[C];2012年

7 那平;陳強;劉建鋒;孫巖;王榕樹;楊曙鋒;;鈦柱撐蒙脫土除砷離子篩的研制[A];第一屆全國化學工程與生物化工年會論文摘要集(上)[C];2004年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 百川;石墨烯薄膜離子篩研究獲進展[N];中國化工報;2014年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前3條

1 王祿;尖晶石型錳氧化物鋰離子篩制備及提鋰性能[D];大連理工大學;2009年

2 馬立文;鋰錳氧化物及其鋰離子篩的制備、性能及應用[D];中南大學;2011年

3 那平;脫砷離子篩的研制及機理初探[D];天津大學;2006年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 李元;脫砷離子篩在處理大水體系砷污染的應用[D];天津大學;2010年

2 吉國佳;Li_(1.6)Mn_(1.6)O_4中鋰離子的洗脫及離子篩的吸附性能研究[D];中國海洋大學;2015年

3 石勤;鉀離子篩的制備、表征及分子模擬[D];新疆大學;2016年

4 張玉靜;鋰離子選擇透過膜微結構調(diào)控與傳遞過程強化[D];鄭州大學;2016年

5 王希;高效鋰離子篩的制備與特性研究[D];天津科技大學;2015年

6 陳玲慧;三維有序大孔鈦氧“鋰離子篩”制備與吸附性能表征[D];湘潭大學;2009年

7 周惠敏;鋰離子篩膜的制備及應用性能研究[D];中國海洋大學;2011年

8 王盼;鋰離子篩膜的制備及其吸附性能研究[D];中國海洋大學;2013年

9 李超;鋰離子篩成型過程研究[D];華東理工大學;2014年

10 孫育斌;溶膠—凝膠法合成鋰離子篩分材料的研究[D];武漢理工大學;2003年

，

本文編號：715141