CN108261930A - 一种铟的聚合物包容液膜、制备方法及其应用 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种铟的聚合物包容液膜、制备方法及应用，该液膜的制备原料包括聚合物、挥发性溶剂和载体，该液膜的制备方法包括溶剂挥发法。本发明用聚合物包容液膜将料液相和反萃相溶液分开，通过调节料液相和反萃相适宜的酸度环境，从低浓度的料液中将铟(Ⅲ)萃取，并同时在反萃相中解析，从而达到铟(Ⅲ)的分离和富集的目的。

Description

一种铟的聚合物包容液膜、制备方法及其应用
技术领域
本发明属于铟(Ⅲ)分离回收技术领域，尤其涉及一种铟的聚合物包 容液膜、制备方法及其应用。
背景技术
铟(Ⅲ)因其独特的物理化学性质，广泛应用于医药卫生、航空航天、 国防军事、电子计算机、核工业和现代信息产业等高科技技术领域。随着 经济的发展，铟(Ⅲ)的需求量逐年上升。而铟(Ⅲ)作为一种稀散金属， 地质分布分散，以伴生矿存在，主要富集在硫化物矿体中，多数与锌 (II)、铅(II)、铜(II)、锡(II)等共生，为了获得铟(Ⅲ)，常采 用从大量的锌(II)、铅(II)、铜(II)、锡(II)等冶练废料中分离回 收技术。从矿废渣的浸出液中分离回收铟(Ⅲ)的方法有化学沉淀法和萃 取法，其中以萃取法最为常用。传统的液液萃取、乳液萃取技术的操作过 程中，存在有机相用量大，相比高，对含量较低的铟(Ⅲ)等稀散金属而 言，可经济回收的数量仅是储量的极小部分。且萃取和反萃过程中产生工 业废液会产生严重的二次污染，操作工艺复杂，生产设备要求高，设计和 放大相对困难等问题，尤其不适用于含量较低的矿物提取。中国专利 200910094631.3提供了一种通过液液萃取分离提纯金属铟(Ⅲ)的技术， 其中用到了三级萃取和反萃操作。一次分离后产生的废液量是提取料液量 的三倍以上。
聚合物包容液膜法可以实现物质可从低浓度向高浓度传输，且萃取和 反萃同时进行，具有选择性高、稳定性好、易于放大等优点，并以其环境 友好，无二次污染而受到广泛关注。中国专利201510916328.2公开了一种 通过聚合物包容液膜分离富集苯酚的方法，该方法萃取和反萃同时进行， 有机萃取剂用量小，操作简便，设计灵活，易于放大。显示了良好的应用 前景。但该专利技术仅只涉及针对有机小分子物质酚类有特殊分离效果， 并未保护并应用到金属的分离和富集。
发明内容
针对现有技术中的缺陷和不足，本发明的第一个目的在于提供一种铟 的聚合物包容液膜，该液膜能够选择性的对铟(Ⅲ)进行萃取和反萃取， 从而实现铟(Ⅲ)的分离富集。
本发明的第二个目的是提供一种操作方法简单，萃取剂用量低且能重 复应用，安全环保的铟的聚合物包容液膜的制备方法。
本发明的第三个目的是提供所述的铟的聚合物包容液膜用于铟的分离 富集的应用，旨在解决现有铟(Ⅲ)的萃取分离富集在操作过程中，大量 使用有机溶剂，萃取剂用量大，分离过程不能连续进行等缺点，提出一种 高效清洁的铟(Ⅲ)的分离富集方法。
为达到上述技术目的，本发明采用的技术方案是：
遵从本公开的第一个目的，一种铟的聚合物包容液膜，该液膜的制备 原料包括聚合物、挥发性溶剂和有机载体，该液膜的制备方法包括溶剂挥 发法。
可选的，按质量百分比计，聚合物为3％-5％，载体为1％-10％，挥发 性有机溶剂为85％-95％，上述原料总和为100％。
可选的，所述的聚合物选自聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯和聚甲基丙烯酸 甲酯中的一种或一种以上的混合物；
所述的挥发性溶剂选自四氢呋喃、二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿中的一 种或一种以上的混合物；
所述的有机载体选自磷酸三丁酯、二-(2-乙基己基)磷酸、三甲基辛 基氯化铵和N,N-二(1-甲基庚基)乙酰胺中的一种或一种以上的混合物。
遵从本公开的第二个目的，铟的聚合物包容液膜的制备方法，将所述 液膜的制备原料在20-35℃下混合形成均相溶液，之后将均相溶液铺展为 1.0-2.0mm厚度的溶液层，溶液层在10-35℃下进行溶剂挥发即得所述液膜。
遵从本公开的第三个目的，铟的聚合物包容液膜用于分离富集铟的应 用。
或者铟的聚合物包容液膜的制备方法制备得到的液膜用于分离富集铟 的应用。
可选的，包括采用萃取和反萃取操作、利用铟的聚合物包容液膜进行 铟的分离富集。
可选的，所述的液膜两侧的料液与反萃取液液面在同一水平面上，同 时对料液和反萃取液进行同速搅拌，搅拌速率为300-800rpm。
可选的，所述的液膜两侧的料液与反萃取液的酸碱条件包括：料液相 为pH＝0.3-4的盐酸溶液，
反萃相为浓度为1-8molL-1盐酸、硝酸或硫酸溶液。
优选的，所述的液膜两侧的料液与反萃取液的酸碱条件包括：料液相 为pH＝1的盐酸溶液；
反萃相为浓度为4-6molL-1的盐酸溶液。
本发明实施上述技术方案的优点与创新之处在于：
本发明的铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜用于分离富集铟(Ⅲ)，选择性 好，可以从含铜(II)、铁(III)、锌(II)、铅(II)等离子的溶液中选 择性分离出来，且有机萃取剂用量少，液膜重复作用，是一种操作简便， 投资灵活，易于工业放大的高效、高环保性的富集提取方法。。
具体实施方式
本公开的第一个方案，一种铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜，该液膜的制 备原料包括聚合物、挥发性溶剂和有机载体，该液膜的制备方法包括溶剂 挥发法。可选的，按质量百分比计，聚合物为3％-5％，载体为1％-10％， 挥发性有机溶剂为85％-95％，上述原料总和为100％。
本公开的第二个方案，铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜的制备方法，将所 述液膜的制备原料在20-35℃下混合形成均相溶液，之后将均相溶液铺展 为1.0-2.0mm厚度的溶液层，溶液层在10-35℃下进行溶剂挥发即得所述 液膜。本发明聚合物包容液膜制备方法简单，生产灵活，操作简便、有机 化学试剂用量少，环境污染小，生产成本低，设计灵活，可通过调节膜的 组成，以达到预期的选择性和分离效率。
本公开的第三个方案，铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜用于分离富集铟 (Ⅲ)的应用。或者铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜的制备方法制备得到的液 膜用于分离富集铟(Ⅲ)的应用。本发明分离富集铟(Ⅲ)，富集倍数大， 能耗低，流程简单，操作条件温和，萃取与反萃同时进行，并且聚合物包 容液膜能重复使用，可实现对铟(Ⅲ)高效处理和资源回收。
下面通过实施例对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。
实施例1：对150mg··L-1铟(Ⅲ)的富集
步骤1：一种铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜分离富集方法，其聚合物包 容液膜的制备方法如下：按质量百分比计，将3.4％的聚氯乙烯，7.5％二 (2-乙基己基)膦酸，和89.9％的四氢呋喃混合磁力搅拌至均相透明铸膜 液，将铸膜液倒入水平静置的平底密闭容器中，保持与大气相通，在25℃ 下挥发至恒重得到聚合物包容液膜。取出后密封保存。
步骤2：将步骤(1)得到的厚度为160μm的聚合物包容液膜截取有效 面积3.14cm2，固定并将含铟(Ⅲ)为150mg L-1pH为1体积为1L的料液 相溶液，和4mol L-1体积为150ml的盐酸溶液构成的解析相分隔开，保持 两相溶液液面相等，开启两相中的磁力搅拌并维持转速为600rpm，在聚合 物包容液膜两侧同时进行铟(Ⅲ)的萃取与反萃操作。在168h连续萃取后， 料液相和解析相铟(Ⅲ)的浓度分别为18.5mg L-1和875.4mg L-1。铟(Ⅲ) 的富集倍数近6倍。
实施例2：对铟(Ⅲ)的选择性分离
步骤1：按质量百分比计，将3.4％的聚氯乙烯，7.5％二(2-乙基己基) 膦酸，和89.9％的四氢呋喃混合磁力搅拌至均相透明铸膜液，将铸膜液倒 入水平静置的平底密闭容器中，保持与大气相通，在25℃下挥发至恒重得 到聚合物包容液膜。取出后密封保存。
步骤2：将步骤(1)得到的厚度为200μm的聚合物包容液膜，截取有 效膜面积为3.14cm2。用液膜将含80mg L-1铟(Ⅲ)和50mg L-1铜(II)， pH为0.6，体积为150mL的铜(II)、铟(Ⅲ)混合液，和150mL，4mol L-1的盐酸溶液的解析相分隔开，并保持两相溶液液面平衡，开启两相中的磁 力搅拌并维持转速为600rpm，在聚合物包容液膜两侧同时进行铟(Ⅲ)的萃取与反萃过程。在24h连续萃取后，铟(Ⅲ)和铜(II)的回收率分别为 53.57％和5.83％，铟(Ⅲ)和铜(II)的选择系数为23.95。
实施例3：聚合物包容液膜对铟(Ⅲ)的连续萃取分离
步骤1：一种铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜分离富集方法，其聚合物包 容液膜的制备方法如下：按质量百分比计，将3.4％的聚氯乙烯和1.6％的 聚甲基丙烯酸甲酯，与10.0％二(2-乙基己基)磷酸，和85.0％的四氢呋 喃混合磁力搅拌至均相透明铸膜液，将铸膜液倒入水平静置的平底密闭容 器中，保持与大气相通，在25℃下挥发至恒重得到聚合物包容液膜。取出 后密封保存。
步骤2：将步骤(1)得到的聚合物包容液膜，截取厚度为160μm的有 效膜面积3.14cm2，固定并分隔开pH为1，体积为150mL，浓度为80mg L-1的铟(Ⅲ)溶液的料液相，和浓度为4mol L-1体积为150mL的盐酸溶液的 解析相。在聚合物包容液膜两侧同时进行铟(Ⅲ)的萃取与反萃操作，以 24h为一个周期，连续操作4个周期。4个周期内的渗透系数分别为3.62， 3.58，3.54，3.49μm s-1。相比第一个周期，第2，3，4周期传质速率分别仅 下降了1.10％，2.21％，3.59％。
实施例4：聚合物包容液膜对低浓度(40mgL-1)铟(Ⅲ)的富集
步骤1：一种铟(Ⅲ)的聚合物包容液膜分离富集方法，其聚合物包 容液膜的制备方法如下：按质量百分比计，将3.0％的聚氯乙烯，0.7％的 聚丙烯酸甲酯，8.5％二(2-乙基己基)磷酸和87.8％的四氢呋喃混合磁力 搅拌至均相透明铸膜液，将铸膜液倒入水平静置的平底密闭容器中，保持 与大气相通，在25℃下挥发至恒重得到聚合物包容液膜。取出后密封保存。
步骤2：将步骤(1)得到的聚合物包容液膜，截取平均厚度170μm的 有效膜面积3.14cm2，固定并分隔开pH为1，浓度为40mg L-1，体积为1.5L 的铟(Ⅲ)溶液的料液相，和4mol L-1体积为150mL的盐酸溶液的解析相， 并保持两相液面相平。将两相中的磁力搅拌速度保持在600rpm，在聚合物 包容液膜两侧同时进行铟(Ⅲ)的萃取与反萃。122h后，料液相和解析相 中铟(Ⅲ)的浓度分别为10mg L-1和209mg L-1。铟(Ⅲ)的富集倍数达到 20.9，比原始浓度提高5倍。

Claims (9)

1.一种铟的聚合物包容液膜，其特征在于，该液膜的制备原料包括聚合物、挥发性溶剂和有机载体，该液膜的制备方法包括溶剂挥发法。
2.根据权利要求1所述的铟的聚合物包容液膜，其特征在于，按质量百分比计，聚合物为3％-5％，有机载体为1％-10％，挥发性有机溶剂为85％-95％，上述原料总和为100％。
3.根据权利要求1或2所述的铟的聚合物包容液膜，其特征在于，所述的聚合物选自聚氯乙烯、聚偏二氟乙烯和聚甲基丙烯酸甲酯中的一种或一种以上的混合物；
所述的挥发性溶剂选自四氢呋喃、二氯甲烷、二氯乙烷和氯仿中的一种或一种以上的混合物；
所述的载体选自磷酸三丁酯、二-(2-乙基己基)磷酸、三甲基辛基氯化铵和N,N-二(1-甲基庚基)乙酰胺中的一种或一种以上的混合物。
4.权利要求1-3任一所述的铟的聚合物包容液膜的制备方法，其特征在于，将所述液膜的制备原料在20-35℃下混合形成均相溶液，之后将均相溶液铺展为1.0-2.0mm厚度的溶液层，溶液层在10-35℃下进行溶剂挥发即得所述液膜。
5.权利要求1-3任一所述的铟的聚合物包容液膜用于分离富集铟的应用。
6.权利要求4所述的铟的聚合物包容液膜的制备方法制备得到的液膜用于分离富集铟的应用。
7.根据权利要求5或6的应用，其特征在于，包括采用萃取、反萃取、利用铟的聚合物包容液膜进行铟的分离富集。
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的液膜两侧的料液与反萃取液液面在同一水平面上，同时对料液和反萃取液进行同速搅拌，搅拌速率为300-800rpm。
9.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，所述的液膜两侧的料液与反萃取液的酸碱条件包括：料液相为pH＝0.3-4的盐酸溶液；
反萃相为浓度为1-8molL-1盐酸、硝酸或硫酸溶液。
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