冠醚接枝聚乙烯醇微孔膜制備及其鋰同位素吸附分離性能研究.pdf

1、鋰是世界上最輕的金屬元素。自然界中的鋰有6Li和7Li兩種穩(wěn)定同位素，其中，6Li是核聚變反應堆必不可少的燃料，可以通過中子的轟擊使得氚和氦不斷增殖，而7Li則被用作核聚變反應堆的堆心冷卻劑和導熱的載熱劑。所以，鋰同位素分離和提純對于綠色核能的開發(fā)和發(fā)展至關(guān)重要。本文利用冠醚分子對鋰同位素的吸附和分離效應，通過化學接枝法將其固載到高分子聚合物中并進行微孔膜結(jié)構(gòu)調(diào)控，探索微孔膜對鋰同位素的吸附和分離性能。
　　本文以冠醚接枝聚乙烯醇

2、(PVA-g-FB15C5)為膜材料，以水為溶劑，通過浸沒沉淀相轉(zhuǎn)化技術(shù)，以過飽和硫酸鈉溶液為凝固浴，考察了致孔劑用量、鑄膜液溫度和粘度、凝固浴溫度、交聯(lián)時間以及交聯(lián)溫度等對膜結(jié)構(gòu)和膜性能的影響。結(jié)果表明，在沒有致孔劑的情況下，PVA-g-FB15C5膜上表面會出現(xiàn)較厚的皮層結(jié)構(gòu)，當PEG2000添加量為1％時，PVA-g-FB15C5出現(xiàn)了較好的海綿狀孔結(jié)構(gòu)。在最佳成膜條件下得到的膜平均孔徑為0.211μm，孔隙率60.5％，水通量達

3、到1225L/m2·h。此外，隨著交聯(lián)時間的增加，在交聯(lián)60min后，交聯(lián)度趨于平衡，接近33％左右，當交聯(lián)溫度為30℃、交聯(lián)時間為20min時，膜操作性能最穩(wěn)定。
　　采用靜態(tài)吸附法研究了PVA-g-FB15C5微孔膜對鋰離子吸附的吸附動力學、吸附熱力學，并采用Lagrange準一級動力學方程、準二級動力學學方程、Langmuir等溫線方程、Freundlich等溫線方程、Dubinin-Radushkevich等溫線方程以及T

4、emkin等溫線方程對實驗數(shù)據(jù)進行了擬合。結(jié)果表明，在實驗溫度范圍內(nèi)PVA-g-FB15C5微孔膜對鋰離子的吸附率均隨著吸附時間的延長而增加，在30min時達到吸附平衡。PVA-g-FB15C5微孔膜對鋰離子的吸附動力學符合Lagrange準二級動力學方程，表明該吸附過程為典型的化學吸附。吸附熱力學符合Freundlich等溫線方程，表明吸附主要發(fā)生在PVA-g-FB15C5微孔膜的膜內(nèi)部活性區(qū)位，屬于多分子層吸附。在實驗溫度范圍內(nèi)，吉

5、布斯自由能變、吸附焓變和熵變均為負值，表明PVA-g-FB15C5微孔膜對鋰離子的吸附為自發(fā)進行的放熱過程。
　　采用液-固萃取體系研究了PVA-g-FB15C5微孔膜對鋰同位素的分離性能，系統(tǒng)考察萃取時間、溫度、鋰鹽種類、溶劑種類和冠醚固載量等因素對鋰同位素分離性能的影響。結(jié)果表明，當冠醚固載于PVA之后，隨著固載量從0.317mmol/g升高至1.836mmol/g，分離因子由1.01±0.002提高到1.046±0.002。