用于溶质分开的聚合物官能化磁性颗粒实施方案以及使用其的装置和系统的制作方法

技术特征：
1.一种聚合物官能化颗粒，包括：磁芯；围绕所述磁芯的外壳，其中所述外壳包含金属有机框架材料；和基本上围绕所述外壳的聚合物组分。2.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述磁芯包含铁或其合金、镍或其合金、氧化铁或其合金、氧化镍或其合金、或它们的任意组合。3.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述磁芯包含氧化铁、钴或镍。4.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述聚合物组分包含一或多个与所述外壳配位的官能团，其中所述官能团选自磺酸基、醚基、羟基、羰基、胺基、酰胺基或其组合。5.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述聚合物组分是含磺酸根聚合物或含胺聚合物。6.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述聚合物组分是聚(4-苯乙烯磺酸)钠盐或聚(4-苯乙烯磺酸)铵盐。7.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述聚合物组分是平均分子量范围为8000至12000的聚乙烯亚胺聚合物。8.根据权利要求7所述的聚合物官能化颗粒，其中所述聚乙烯亚胺聚合物包含25％的伯胺基、25％的仲胺基和50％的叔胺基。9.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述金属有机框架材料包含铬、对苯二酸盐和苯甲酸或苯甲酸衍生物。10.根据权利要求1所述的聚合物官能化颗粒，其中所述聚合物官能化颗粒在ph范围为4至10的溶液中具有胶体稳定性，这样与不含所述聚合物组分的相同颗粒的流体动力学直径和/或不含所述聚合物组分的多个相同颗粒的平均流体动力学直径相比，所述聚合物官能化颗粒的流体动力学直径和/或多个聚合物官能化颗粒的平均流体动力学直径不变化45％或更多。11.根据权利要求1-10任一项所述的聚合物官能化颗粒，进一步包含一或多个与所述外壳相关的配体种类。12.一种聚合物官能化颗粒，包含：黄钾铁矾材料；和与所述黄钾铁矾材料相关的聚合物组分。13.根据权利要求12所述的聚合物官能化颗粒，其中所述黄钾铁矾材料符合式am3(oh)6(so4)2，其中a是具有 1价电荷的离子并且其中m是具有 3价电荷的离子。14.根据权利要求12或权利要求13所述的聚合物官能化颗粒，其中所述黄钾铁矾材料是(nh4)fe3(so4)2(oh)6，并且所述聚合物组分是含磺酸根聚合物或含胺聚合物。15.一种制备根据权利要求1-10任一项所述的聚合物官能化颗粒的方法，包括将聚合物组分溶液与预制颗粒组合，所述预制颗粒包含(i)磁芯和(ii)围绕所述磁芯的外壳，所述外壳包含金属有机框架材料。16.一种装置，包括：
具有中空内部的流量管；收集部件，位于所述流量管的中空内部中；收集基质材料，其附于所述收集部件的一部分；和电磁体，包括两个磁体，其中所述流量管位于所述两个磁体之间。17.根据权利要求16所述的装置，其中所述装置包括一或多个另外的流量管，每个流量管都具有中空内部，其中每个另外的流量管还包括在中空内部中的收集部件和附于所述收集部件的一部分的收集基质材料，并且其中所有流量管互相平行放置并且位于所述两个磁体之间。18.一种系统，包括：流体进料区，包括进料源、一或多个阀和驻留管部件；磁性分开区，包括一或多个阀和两个或更多个磁性分开装置，其中每个磁性分开装置包括(i)具有中空内部的流量管；(ii)收集部件，位于所述流量管的中空内部中；(iii)收集基质材料，其附于所述收集部件的一部分；和电磁体，包括两个磁体，其中所述流量管位于所述两个磁体之间；溶质分离区，包括混合器、一或多个分离器部件和过滤器；磁性颗粒再生区，包括水性盐溶液源、一或多个混合器、分离器部件和一或多个泵；和汽提流体流动回路，包括汽提流体源、一或多个容纳池和泵。19.根据权利要求18所述的系统，其中(i)所述流体进料区和所述汽提流体流动回路与所述磁性分开区流体偶联；(ii)所述磁性分开区与所述溶质分离区流体偶联；(iii)所述溶质分离区与所述汽提流体流动回路和磁性颗粒再生区流体偶联，所述磁性颗粒再生区与所述流体进料区流体偶联。20.一种方法，包括：(i)将包含聚合物官能化颗粒的进料流体引入根据权利要求18所述的系统；(ii)当所述进料流体通过一或多个所述磁性分开装置时向所述系统的至少一个磁性分开装置施加磁场；(iii)关闭所述磁场；(iv)使由所述汽提流体源提供的汽提流体通过一或多个所述磁性分开装置；(v)将所述聚合物官能化颗粒与通过汽提流体从所述聚合物官能化颗粒释放的任意溶质分开；(vi)分离所述溶质；(vii)将所述聚合物官能化颗粒暴露于水性盐溶液源提供的水性盐溶液以提供再生的聚合物官能化颗粒；以及(viii)将所述再生的聚合物官能化颗粒添加至所述进料流体中。21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括重复步骤(ii)至(viii)。22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中所述聚合物官能化颗粒是(i)用聚合物组分官能化的黄钾铁矾颗粒；或者(ii)包含磁芯、围绕所述磁芯包含金属有机框架材料的外壳和基本上围绕所述外壳的聚合物组分的聚合物官能化颗粒。

技术总结
本发明公开了一种用于分离和提取稀土金属、锂等溶质的聚合物官能化颗粒的实施方案。所述聚合物官能化颗粒表现出对聚集和降解的强抗性，即使在高离子强度和/或温度环境中。公开了一种用于制备所述聚合物官能化颗粒的颗粒后合成方法以及磁性分开装置，其可用于系统实施方案以促进聚合物官能化颗粒在溶质提取中的应用和再生。中的应用和再生。中的应用和再生。


技术研发人员：J
受保护的技术使用者：巴特尔纪念研究院
技术研发日：2020.03.06
技术公布日：2022/3/22