一種分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜及其制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明屬于膜分離技術(shù)領(lǐng)域，涉及鋰離子和鈷離子，具體涉及一種分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜及其制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前鋰電池中，鈷酸鋰電池的份額占有60%左右。然而鈷酸鋰電池中含有大量的金屬鋰、鈷。但絕大多數(shù)金屬鈷、鋰是極其重要的金屬資源，同時金屬鋰、鈷等離子進(jìn)入水體和土壤中，對人類的健康有極大的危害。一般的濕法回收金屬鋰、鈷中，最后都會把金屬鋰、鈷在溶液中用不同方法分離。為了更加高效、經(jīng)濟(jì)的分離溶液中的金屬鋰、鈷離子，研發(fā)針對分離鈷酸鋰浸出液中的金屬鋰、鈷的先進(jìn)分離方法尤為緊迫。
[0003]分離鈷酸鋰浸出液中金屬鋰鈷的一般有化學(xué)沉淀法、絮凝-浮選法以及電滲析、電沉積等方法。化學(xué)沉淀方法不僅需要大量的沉淀劑，還必須對產(chǎn)生的廢漿作進(jìn)一步處理;絮凝-浮選法操作費(fèi)用較高;而電化學(xué)方法能耗較大。相對于其它方法而言，膜分離方法對金屬離子有較強(qiáng)的分離能力，且其所需成本較小、效率較高;此外，膜分離法得到的濃縮廢液，可用于回收其他金屬離子，能誘使排污企業(yè)因經(jīng)濟(jì)利益而主動治理廢水。膜分離法中最重要的組件就是復(fù)合膜。然而，目前較常用的商業(yè)膜，大多是以海水淡化或鹽堿水淡化為目的，其分離目標(biāo)主要是鈉離子。目前，還未有針對鈷酸鋰浸出液中鈷鋰復(fù)合膜的相關(guān)報道。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于，提供一種分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜及其制備方法，解決鋰電池中鈷酸鋰浸出溶液中鋰離子和鈷離子的分離問題。
[0005]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn):
[0006]—種分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜，包括無紡布層，在無紡布上設(shè)置有一層膜層，膜層的表面上設(shè)置有一層硫酸氧化鈦層；
[0007]所述的膜層是由肽聚糖、石墨纖維、致孔劑和溶劑混合，干燥揮發(fā)溶劑固定后形成的膜層。
[0008]本發(fā)明還具有如下區(qū)別技術(shù)特征:
[0009]所述的膜層的原料，以重量份數(shù)計(jì)，由以下原料組成:肽聚糖20%?37%，石墨纖維12%?26%，致孔劑7%?9%，溶劑28%?67%，原料的重量份數(shù)總和為100%。
[0010]所述的膜層的原料，以重量份數(shù)計(jì)，由以下原料組成:肽聚糖22%，石墨纖維13%，致孔劑8%，溶劑57%。
[0011]所述的肽聚糖的羥基含量為11%?32%。
[0012]所述的致孔劑為乙二醇、甲酸酯、硝基苯、環(huán)氧乙烷、聚乙烯苯、吡啶中的一種以上的混合物。
[0013]所述的溶劑為四氫呋喃、鈦酸四丁酯、苯乙烯按照質(zhì)量比為1:2:1的比例配置而成。
[0014]—種如上所述的分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜的制備方法，其特征在于:該方法具體包括以下步驟:
[0015]步驟一，成膜液的配制:按膜層的原料配比將原料混合，在溫度35?80°C下攪拌充分均勻溶解后，真空脫泡處理得到成膜液；
[0016]步驟二，膜層制備:將成膜液涂覆于無紡布上，涂蓋厚度為320?450μπι，經(jīng)相轉(zhuǎn)化成型，然后浸入去離子水中，取出后50°C烘干，即得無紡布層/膜層復(fù)合膜；
[0017]步驟三，硫酸氧化鈦層制備:配置45g/L?90g/L的硫酸氧化鈦水溶液，將硫酸氧化鈦溶液涂覆于步驟二所得膜層的表面，干燥后硫酸氧化鈦層附著在膜層上，得到無紡布層/膜層/硫酸氧化鈦層復(fù)合膜；
[0018]步驟四，將無紡布層/膜層/硫酸氧化鈦層復(fù)合膜浸入N-甲基吡咯烷酮溶液使無紡布層/膜層/硫酸氧化鈦層復(fù)合膜固定成型，即得分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜。
[0019]步驟一中，真空脫泡處理的條件是在溫度20?45°C下真空中脫泡35?45小時。
[0020]步驟二中，相轉(zhuǎn)化成型的條件是在溫度50?70°C的空氣中停留4?15秒進(jìn)行表面蒸發(fā)后，浸入水中凝膠固化成膜，水的溫度為20?70°C。
[0021]步驟二中，浸入水中分兩個階段進(jìn)行，第一階段是多次浸入20?70°C水中除去殘余溶劑和添加劑，每次浸入時間為0.5小時；第二階段是在20?70°C的水中浸漬30?300分鐘，使分離膜中的致孔劑和溶劑同水進(jìn)行充分交換，以得到所需的微觀形態(tài)。
[0022]步驟三中，干燥溫度為70?90°C，干燥的目的是使涂覆于所述膜層表面的硫酸氧化鈦水溶液中的溶劑水蒸發(fā)。
[0023]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下技術(shù)效果:
[0024]本發(fā)明的復(fù)合膜對鈷酸鋰浸出溶液具有高的水通量和高的離子截留率，同時具備較好的耐酸和耐腐蝕性能。因其主要是利用復(fù)合膜的孔徑大小，對鈷酸鋰浸出液中的金屬鈷、鋰離子進(jìn)行分離，故其對該體系鈷、鋰金屬離子的截留效果較好。同時，由于分離膜的膜層采用肽聚糖素材料，故所得到的分離膜具備較好的耐腐蝕性能。
[0025]本發(fā)明的復(fù)合膜主要是以膜層為功能層，利用膜層中所形成的固定膜，由于形成的膜有一定大小的孔徑，對于鈷、鋰離子半徑不同，鋰離子能夠通過，而鈷離子不能透過膜層，從而達(dá)到截留作用。
[0026]以下結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明的具體內(nèi)容作進(jìn)一步詳細(xì)解釋說明。
【具體實(shí)施方式】
[0027]以下給出本發(fā)明的具體實(shí)施例，需要說明的是本發(fā)明并不局限于以下具體實(shí)施例，凡在本申請技術(shù)方案基礎(chǔ)上做的等同變換均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍。
[0028]實(shí)施例:
[0029]本實(shí)施例給出一種分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜，包括無紡布層，在無紡布上設(shè)置有一層膜層，膜層的表面上設(shè)置有一層硫酸氧化鈦層；
[0030]所述的膜層是由肽聚糖、石墨纖維、致孔劑和溶劑混合，干燥揮發(fā)溶劑固定后形成的膜層。膜層的原料，以重量份數(shù)計(jì)，由以下原料組成:肽聚糖22%，石墨纖維13%，致孔劑8%，溶劑57%。
[0031]肽聚糖的羥基含量為11%?32%，本實(shí)施例優(yōu)選的羥基含量為20%。
[0032]致孔劑為乙二醇、甲酸酯、硝基苯、環(huán)氧乙烷、聚乙烯苯、吡啶中的一種以上的混合物，本實(shí)施例優(yōu)選吡啶，以吡啶作為代表。
[0033]所述的溶劑為四氫呋喃、鈦酸四丁酯、苯乙烯按照質(zhì)量比為1:2:1的比例配置而成。
[0034]上述分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜為平板狀，也可以設(shè)計(jì)成其他形狀。
[0035]上述分離鋰離子和鈷離子的復(fù)合膜的制備方法具體包括以下步驟:
[0036]步驟一，成膜液的配制:按膜層的原料配比將原料混合，在溫度35?80°C下攪拌充分均勻溶解后，真空脫泡處理得到成膜液；
[0037]步驟二，膜層制備:將成膜液涂覆于無紡布上，涂蓋厚度為320?450μπι，經(jīng)相轉(zhuǎn)化成型，然后浸入去離子水中，取出后50°C烘干，即得無紡布層/膜層