[發明專利]一種介孔硅膜及其一步制備方法和用途

有效

• 申請號: 201710160465.7
• 申請日: 2017-03-17
• 公開（公告）號: CN106964318B
• 公開（公告）日: 2019-08-02
• 發明（設計）人: 劉恩秀;張福生;鄭旭東;劉恩利;閆永勝
• 申請（專利權）人: 江蘇大學
• 主分類號: B01J20/24
• 分類號: B01J20/24;B01J20/28;B01J20/30;C22B59/00;C22B3/24
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本發明提供了一種介孔硅膜及其一步制備方法和用途，制備方法如下：將棉花置于硫酸溶液中，攪拌反應，反應完畢后取出，用蒸餾水稀釋，靜置分層；倒掉上層清液，對下層懸濁液離心分離，洗滌；將離心后的懸濁液轉移到透析膜中透析，調pH，超聲，得到納米晶纖維素，待用；將納米晶纖維素超聲，放置于圓底燒瓶中，加入葡萄糖，攪拌，加入二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷和硅酸四乙酯的混合液A，攪拌，干燥，得到介孔硅膜A；將介孔硅膜A置于硫酸溶液中去除模板，得到介孔硅膜B；將介孔硅膜B置于濃鹽酸中反應，得到介孔硅膜C；將介孔硅膜C用蒸餾水和無水乙醇沖洗，烘干，得到最終的介孔硅膜。本發明以生物質纖維素為模板，來源廣泛，綠色環保。

技術領域

本發明涉及一種對鑭具有高選擇性和高吸附量的介孔硅膜的制備方法，采用一步合成的制備方法，以及應用于稀土元素鑭的吸附回收，屬于材料制備和分離技術領域。

背景技術

稀土有工業“黃金”之稱，因其優良的光電磁等物理特性，能夠大幅度提高其他產品的質量和性能，因此用于與其他材料組成性能各異、品種繁多的新型材料。而且，稀土是電子、激光、核工業、超導等諸多高科技的潤滑劑，主要用于制造制特種合金精密光學玻璃、高折射光學纖維板。用作多種反應的催化劑，如摻雜氧化鎘時催化一氧化碳的氧化反應，摻雜鈀時催化一氧化碳加氫生成甲烷的反應。浸滲入氧化鋰或氧化鋯(1％)的氧化鑭可用于制造鐵氧體磁體。是甲烷氧化偶聯生成乙烷和乙烯的非常有效的選擇性催化劑。

但是，經過半個多世紀的超強度開采，中國稀土資源保有儲量及保障年限不斷下降，主要礦區資源加速衰減，原有礦山資源大多枯竭。目前，采富棄貧、采易棄難現象依然嚴重，資源回收率較低。稀土開采、選冶、分離存在的落后生產工藝和技術，嚴重破壞了地表植被，造成水土流失和土壤污染、酸化，使得農作物減產甚至絕收，給公眾的生命健康和生態環境帶來重大損失。因此，有效吸附回收稀土資源具有十分重要的意義。

以生物質納米纖維素晶體(NCC)為模板，用二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷(PETES)和硅酸四乙酯(TEOS)合成膜材料，優于粉體吸附劑，便于連續操作，易于回收。在各種吸附材料中具有很大優勢。一方面，該介孔硅膜含有–PO(OH)₂功能基，它不僅含有可與陽離子進行交換的質子，同時，還含有一個能直接與金屬配位的≡P＝O基，對鑭和鈰具有高選擇性和高吸附量；另一方面，該技術便于連續操作，易于放大，能耗低，能量利用率高，是“綠色化學”的典型。

發明內容

本發明是一種對鑭具有高選擇性和高吸附量的介孔硅膜的一步法制備，并用于對溶液中的微量稀土元素鑭的選擇性吸附。

一種介孔硅膜，所述介孔硅膜為平面內多層孔狀結構，呈螺旋扭曲棒狀，定向，有序；所述介孔硅膜含有-PO(OH)₂功能基和能夠直接與金屬配位的≡P＝O基。

一種介孔硅膜的兩步制備方法，步驟如下：

步驟1、將棉花置于硫酸溶液中，攪拌反應，反應完畢后取出，用蒸餾水稀釋，靜置分層；倒掉上層清液，對下層懸濁液離心分離，洗滌；將離心后的懸濁液轉移到透析膜中透析，調pH，超聲，得到納米晶纖維素(NCC)，待用；

步驟2、將步驟1得到的納米晶纖維素超聲，放置于圓底燒瓶中，加入葡萄糖，攪拌，加入二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷(PETES)和硅酸四乙酯(TEOS)的混合液A，攪拌，干燥，得到介孔硅膜A；

步驟3、將步驟2得到的介孔硅膜A置于硫酸溶液中去除模板，得到介孔硅膜B；

步驟4、將步驟3得到的介孔硅膜B置于濃鹽酸中反應，得到介孔硅膜C；

步驟5、將步驟4得到的介孔硅膜C用蒸餾水和無水乙醇沖洗，烘干，得到最終的介孔硅膜。

步驟1中，所述硫酸溶液的體積分數為50～70％；所述攪拌反應為在35～55℃下攪拌反應2～4h；所述透析膜的截留分子量為11000～15000，透析時間為1～4天；所述pH為2.4。