陶瓷膜超滤-络合集成提取稀有金属新技术及机理研究

稀有金属是极其重要的战略物资，本申请项目首次提出以陶瓷膜超滤－络合集成技术提取稀有金属，内容涉及：拟先研究聚电解质与稀有金属离子络合特性，筛选聚电解质，在此基础上，探索聚电解质空间结构与络合容量的相关性，研究聚电解质分子量与陶瓷膜截留分子量匹配规律，实现陶瓷膜高效截留聚电解质；聚电解质与稀有金属离子络合平衡后膜过滤，优化工艺参数，选择性浓缩稀有金属－聚电解质络合物；研究稀有金属－聚电解质络合物解离行为，寻求最佳解离参数，以获得高浓度纯化稀有金属溶液，聚电解质循环利用。与此同时，利用核磁共振、傅立叶红外及X射线衍射等谱学技术研究稀有金属离子与聚电解质结合的位点、作用模式及成键情况等，探索络合反应机理。通过本项目的研究，将为选择性提取稀有金属提供一种简单、经济而高效的新方法，大大精简传统生产工艺，对加强国防建设和提高资源利用效率有着重要的意义。

稀有金属是极其重要的战略物资，开发出新型稀有金属分离技术具有重要意义，本项目首次以超滤-络合集成技术提取稀有金属离子，研究的金属离子涉及钨(VI)、钼(VI)、铈 (III)、钇 (III)、钯(II)、铼(VII)、钴(II)、镉(II)等，研究的聚电解质涉及聚丙烯酸钠、聚季铵盐6、聚季铵盐7、聚季铵盐22和聚乙烯亚胺等。以聚电解质络合稀有金属离子，通过超滤实现分离，在研究络合超滤理论基础上，系统探讨了络合超滤恒容过程，测定了聚电解质对稀有金属离子的络合容量，优化操作参数；研究稀有金属-聚电解质络合体系的超滤浓缩过程，实现了稀有金属离子有效浓缩(如：研究铼(VII)络合超滤浓缩行为，当体积浓缩因子为40时，J仅衰减20.1%，R接近1，铼浓度从5 mg/L增大到198.3 mg/L)；以浓缩液为研究对象，改变操作条件，研究稀有金属-聚电解质络合的解离行为，优化解离参数，获得了解离平衡时间及解离百分率(如：在pH=3下考察聚合物-钯(II)的解络合行为，解络合平衡时间为13 min，解络合率为56.3%)；以解离液为研究对象，对解离体系渗滤洗涤，研究了洗涤过程中截留液及渗透液的稀有金属离子变化规律，实现了聚电解质纯化及稀有金属回收；将纯化聚电解质循环利用，研究了纯化聚电解质络合容量，并与新鲜聚电解质比较，获得了聚电解质回收率(如：纯化聚季铵盐对钼(VI)和钨(VI)的回收率分别为92.1%和93.8%)。以此为基础，探索稀有金属离子混合体系的选择性分离特性，考察操作参数对分离系数的影响，优化分离条件，研究稀有金属离子混合体系的浓缩行为，实现了稀有金属有效分离(如：控制pH=4和PMMR=6，钇(III)对铈(III)分离系数为62)。在项目执行期间，项目负责人在《Chemical Engineering & Technology》、《Asia-Pacific Journal of Chemical Engineering》、《Chinese Journal of Chemical Engineering》、《Frontiers of chemical Engineering in china》、《过程工程学报》、《化学工程》和《应用化学》等刊物上发表论文17篇，同时，培养硕士研究生6名，申请发明专利2项，参加学术交流3次。