原位聚合/原位生长法制备新型吸附功能膜与动态吸附盐湖卤水中铷铯的研究

Separation of rubidium and cesium from Brine is important for the comprehensive utilization of Qinghai Salt Lake. Novel adsorptive membranes are prepared by in-situ polymerization/nucleation growth method and employed in the adsorption of rubidium and cesium. The membranes provide synergistic effects on the adsorption, displaying excellent ion screening capability, low internal diffusion resistance, and high adsorption and desorption rates under neutral conditions. The asymmetric structure of membranes avoids pores-clogging as well as reduce the flow resistance. The effects of functional polymer, adsorbents, membrane structure, adsorption conditions on the adsorption thermodynamics, kinetics, selectivity, dynamic adsorption, and membrane stability are studied. The diffusion efficiency factor and the process controlling parameters are investigated according to the multiphase transfer-adsorption theory. This proposal provides a new method for the adsorption of rubidium and cesium from Brine.

研究卤水中稀散元素的提取技术对青海盐湖的综合利用具有重要意义。利用原位聚合法在非对称多孔膜表面制备具有络合吸附功能的含邻二酚结构聚合物层，再原位生长过渡金属亚铁氰化物和铁氰化物等吸附剂层，获得新型吸附功能膜，用于动态吸附盐湖卤水中铷铯。聚合物层对基膜和吸附剂具有强力附着作用，膜稳定性和强度高，有利于吸附剂原位生长；利用协同作用，吸附容量高，内扩散阻力小，同步吸附和脱附；非对称膜可防止微粒堵塞。研究聚合物层、吸附剂层、多孔膜、吸附条件等对吸附热力学、动力学、选择性、动态吸附、膜稳定性等的影响规律和机理，根据多相传递吸附理论，评价外扩散和内扩散影响，确定控制因素及其调控方法，提出强化膜吸附过程的策略，掌握膜微观结构-性能-过程控制因素的关系，为制备高性能吸附膜和强化膜过程提供理论基础，其原理也适用于制备吸附树脂，将提供卤水中稀散元素富集的新方法，具有创新性、重要科学意义和广阔应用前景。

青海盐湖卤水中稀散元素铷铯储量大。采用原位聚合/原位生长法在PAN膜表面制备聚多巴胺（PDA）层，再原位生长亚铁氰化铁（PB）等，获得PB/PDA/PAN吸附膜，用于吸附铷铯。研究了PDA层、吸附剂层、多孔膜、吸附条件等对吸附热力学、动力学、动态吸附、膜稳定性等的影响规律和机理。发现PDA对Cs+有良好选择性，Rb+和Cs+吸附容量达到0.07 mmol g-1和0.079 mmol g-1，Cs+/Li+、Cs+/Na+和Cs+/K+选择性为7.9、2.63和2.26，吸附机理为PDA邻酚羟基的质子与Cs+发生了交换。利用双反应物和单一反应物在PAN表面原位生长PB， PB对Cs+吸附容量为0.702 mmol g-1，Cs+/Li+、Cs+/Na+、 Cs+/K+ 和 Cs+/Ca2+选择性达47.5，21.11，15.83和8.64。制备了PB/PDA/PAN膜，PB/PDA对Cs+吸附容量为0.514 mmol g-1，Cs+/Li+、Cs+/Na+、Cs+/K+选择性为40.8，33.5和21.8。PB中存在 [Fe(CN)6]4-空位缺陷，形成亲水空腔，Cs+与空腔配位水分子质子交换而吸附。超声条件下PB/PDA/PAN膜PB损失量比PB/PAN膜降低70%，具有优异稳定性。采用UV光预活化/热引发聚合法在PVDF分子上接枝咖啡酸，制成PVDF-g-CA膜，对Cs +具有良好吸附性能（0.23 mmol/g），Cs+/Li +、Cs+/Na +和Cs+/K +选择性为8.46、3.68和3.23。通过过滤/非溶剂蒸气诱导相分离法制备PVDF-g-CA/PB/PTFE Sandwich结构吸附膜，研究了制膜条件（空气湿度、PB含量和PVDF-g-CA浓度）对膜形态、滤速和吸附容量的影响，以及静态吸附热力学、动力学、动态吸附、洗脱、膜重复使用等。该膜对Cs +具有良好吸附性能（1.12 mmol m-2），Cs+/Li+、Cs+/Na+和Cs+/K+选择性达15.38、44.31和27.33。NH4Cl/HCl溶液具有优异洗脱效果，膜重复使用4次性能未见降低。采用循环错流吸附、过滤吸附等研究了中空纤维吸附膜对盐湖卤水的吸附性能，循环吸附对Cs+吸附率较高，具有应用价值。项目为制备高性能吸附膜和优化膜过程提供了理论基础，具有创新性、重要科学意义和应用前景。