课题基金 / 基金详情

面向青海盐湖卤水锂提取过程强化的高性能中空纤维正渗透膜材料的设计研究

批准号:
U20A20139
项目类别:
联合基金项目
资助金额:
260.0 万元
负责人:
何涛
学科分类:
分离工程
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
何涛

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
项目以盐湖卤水锂提取过程强化和核心材料为目标,针对现有的吸附-反渗透/蒸发-沉淀提锂技术在浓缩效率和核心材料方面的不足,提出以高浓老卤和无机盐驱动的、低能耗的正渗透浓缩过程。拟通过设计高通量、低离子反向扩散的中空纤维正渗透膜材料,强化锂提取过程效率,降低能耗,并掌握核心材料制备技术。设计关键是解决亲水支撑结构的结构参数、传质系数以及通量与分离皮层对单价/二价离子截留率的矛盾。项目研究以低结构参数、亲水中空纤维支撑膜为基础,提出采用涂敷磺化聚醚醚酮、层层自组装聚电解质涂层作为中间层,通过支撑结构和界面聚合分离皮层之间的物理、化学结合、分离皮层与中间层之间相互贯通,获得高截留率和高稳定性的正渗透膜材料。项目研究将通过与青海高校和企业合作,完成从实验室到中试研究,为青海盐湖卤水提锂的过程强化提供低能耗技术,并为下一代适合于高盐卤水浓缩的高性能正渗透膜材料制备提供新的科学思路和关键技术。
英文摘要
Current practice on adsorption-reverse osmosis/evaporation-chemical precipitation has been successfully demonstrated for lithium recovery from Qianghai salt-lake brine. As an environmentally friendly technology, the concentration step after adsorption-desorption using reverse osmosis/evaporation is of low efficiency and energy intensive. This proposal aims to intensify the concentration process via forward osmosis utilizing abundant discharged brine concentrate and inorganic salts on site. We target at a new generation high flux, low reverse salt diffusion hollow fiber forward osmosis membrane to establish independent intellectual property rights. We design a strongly hydrophilic substrate with a low structure parameter to reduce the mass transfer resistance and increase the flux of forward osmosis membrane. To prevent the delamination of active interfacial polymerization layer from hydrophilic substrate, an interlayer anchoring into the substrate porous structure is applied by dip-coating sulfonated poly(ether ether sulfone) and layer-by-layer polyelectrolyte. Understanding the interaction at the interface between the substrate and the interlayer, the interlayer and the active separation layer is expected to result in forward osmosis membranes with a stable, highly selective composite layer. Via collaboration with scientists from academia and industry in Qinghai Province, we will transform the results from the bench to pilot. The success of this project will provide new materials for the process intensification of the lithium recovery from salt-lake brine and novel concept/key technologies for development of next generation forward osmosis membranes for high salinity streams.
项目以盐湖卤水锂提取过程强化和核心材料为目标,针对现有的吸附-反渗透/蒸发-沉淀提锂技术在浓缩效率和核心材料方面的不足,提出以无机高浓老卤驱动的低能耗正渗透浓缩过程。项目聚焦于锂吸附材料、高效镁锂分离纳滤膜材料以及正渗透膜材料的研究。.在锂吸附材料造粒方面,团队制备了EVAL-LTO复合颗粒吸附剂、PES-LTO复合颗粒吸附剂、EVAL-LTO平板膜复合吸附剂以及LTO-PES复合丝吸附剂。PES-LTO复合颗粒中HTO的吸附容量为19.8 mg/g,约是纯粉末吸附容量(23.7 mg/g)的83 %,EVAL-LTO平板膜复合吸附剂以及LTO-PES复合丝吸附剂吸附性能与粉末性能一致。团队还研究了铝基吸附剂对锂的吸附能力并制备出粒径小、粒度分布均匀、形貌规整的碳酸锂产品。.在纳滤膜材料方面,团队发现聚苯乙烯磺酸钠和聚丙烯胺盐酸盐(PSS/PAH)层层自组装纳滤膜非常高的镁锂选择性,并制备了中空纤维纳滤膜;放大后的4寸组件对氯化镁的截留率超过99%,Mg2+/Li+分离系数为176(2000 mg/L,Mg2+/Li+=20)。基于PAH弱碱性基团-NH3+,降低料液pH可增加其质子化程度,进一步提升分离层的荷正电能力,提高Mg2+/Li+分离系数。.在富锂卤水正渗透(FO)浓缩膜材料方面,基于PE基膜、聚砜微孔膜完成了适用于盐湖提锂的高性能FO平板膜;成功制备了以膜壁厚~ 250 m的聚醚砜中空纤维基膜为支撑的4寸HF-FO膜组件,对NaCl、LiCl和MgCl2的截留率> 98%,FO水通量为8.0 LMH,反向盐扩散量为0.13 g/L(DS:0.5 M NaCl,FS:DI water,AL-FS)。.在现有中空纤维FO膜基础上,我们首次基于中空纤维FO膜组件开发了一种用于浓缩富锂卤水的FO系统设计模型。基于膜水通量与进料浓度关系,通过凸优化和微分迭代等方法设计了多段浓缩FO系统。首次将双向盐扩散植入工业级别组件和系统模拟中,建立了FO膜性能与系统锂纯度和回收率之间的关联,为FO工业应用提供了关键指导。.通过与安徽大学,青海大学紧密合作,项目团队完成项目指标,在国内、国际一流期刊上发表科学论文40余篇,申请专利10项,培养博士生7名,硕士生21名,本科生6名。
面向单价/二价阳离子分离的层层自组装纳滤膜材料的设计
面向青海盐湖卤水锂提取过程强化的高性能中空纤维正渗透膜材料的设计研究
实现地热卤水资源化的耐结垢薄膜蒸发-膜萃取耦合工艺技术研究
基于微模塑相分离技术的超疏水/双疏膜表面的构建和耐污染/耐结垢性能研究
国内基金
海外基金