[發明專利]一種可磁性分離的四氧化三鐵/磷酸化石墨烯復合納米材料及其應用

在審

• 申請號: 201810566640.7
• 申請日: 2018-06-05
• 公開（公告）號: CN108837799A
• 公開（公告）日: 2018-11-20
• 發明（設計）人: 王金清;楊啟毅;楊生榮;賈衛紅
• 申請（專利權）人: 中國科學院蘭州化學物理研究所
• 主分類號: B01J20/20
• 分類號: B01J20/20;B01J20/28;B01J20/30;B01D15/08
• 代理公司: 蘭州中科華西專利代理有限公司 62002
• 代理人: 周瑞華

本發明公開了一種可磁性分離的四氧化三鐵/磷酸化石墨烯復合納米材料，該復合納米材料的制備方法：1）將無水四氫呋喃和三氯化磷的混合溶液加入以無水四氫呋喃和三乙胺為溶劑的氧化石墨烯懸浮液中，攪拌回流，洗滌過濾，將濾餅加水超聲分散；2）將步驟1）所得分散液水解，洗滌過濾后超聲分散，干燥得磷酸化石墨烯；3）在無水醋酸鈉和聚乙二醇600的混合溶液中加入硬脂酸、六水合三氯化鐵、四水合二氯化鐵形成混合離子溶液；4）將磷酸化石墨烯的無水乙醇分散液加入混合離子溶液中水熱反應。本發明還公開了該材料對稀土釓離子的富集回收應用。本發明同時實現對釓離子的高效吸附和對吸附材料的回收利用。

技術領域

本發明涉及一種可磁性分離的四氧化三鐵/磷酸化石墨烯復合納米材料及其對稀土釓離子的富集回收應用，屬于納米材料領域。

背景技術

稀土元素作為工業維生素，其具有極高的附加值和重要戰略意義。但隨著稀土資源的開發和利用，稀土資源的浪費和對環境的危害越發嚴重。釓作為高新技術領域的重要元素添加劑，被廣泛地應用在核磁成像、信息存貯、磁性制冷和中子減速等領域。環境中痕量的釓對癌細胞的增殖有促進作用，同時作為重金屬其對生物細胞也具有較高的破壞性。因此針對稀土工業造成的釓流失及對人體的危害，回收和富集釓成為亟待解決的問題。

吸附法由于其具有高效率、低成本的優勢成為目前稀土富集回收研究熱點和重點。近些年來，石墨烯及其衍生物等二維炭基納米材料被廣泛地應用在稀土的富集和回收研究，然而較低的吸附容量和高成本仍是限制實際應用的巨大瓶頸。為了提高稀土釓離子的富集回收效率和降低富集回收成本，設計和制備一種可快速固液分離的高吸附容量的吸附材料至關重要。

為了提高吸附容量和降低吸附成本，氧化石墨烯及其功能化產物被廣泛地應用于稀土離子的富集回收。例如在2012年孫玉冰等人通過X射線吸收精細結構光譜研究了氧化石墨烯與銪離子的吸附反應，（Y.Sun, Q.Wang, C.Chen, X.Tan, X.Wang, Environ. Sci. Technol., 2012, 46(11), 6020.）研究發現氧化石墨烯對銪離子的最大吸附容量能達到175.44 mg/g，并且指出銪離子與氧化石墨烯表面的6~7個氧原子形成了內球表面絡合物。然而氧化石墨烯在溶液中具有極好的分散性，這使得吸附材料和溶液無法完全分離，從而間接地增加了成本和造成了二次污染。2014年南昌大學陳偉凡教授課題組創造性地將氧化石墨烯分散液置于透析袋中研究對釓離子的吸附性能，（W.Chen, L.Wang, M.Zhuo,Y.Liu, Y.Wang, Y.Li, Journal of hazardous materials, 2014, 279, 546）在解決難分離問題的同時發現其對釓離子吸附容量能到達286.86 mg/g。雖然實現了氧化石墨烯的吸附后可分離，但無法對釓離子直接吸附導致降低了氧化石墨烯對釓離子的吸附效率和吸附容量，因此在吸附過程中吸附材料既要能較好地分散于吸附離子溶液中，又要在吸附完成后快速地固液分離，這使得吸附材料需要具有獨特的分離特征。

由此可見現存方法和技術存在著無法同時實現對釓離子的高效吸附和對吸附材料的回收利用以降低富集回收成本的關鍵技術問題。

發明內容

針對石墨烯類吸附劑存在的上述性能缺陷，本發明提供了一種可磁性分離的四氧化三鐵/磷酸化石墨烯復合納米材料及其對稀土釓離子的富集回收應用，以此解決現有技術無法同時實現對釓離子的高效吸附和對吸附材料的回收利用以降低富集回收成本的技術難題。

一種可磁性分離的四氧化三鐵/磷酸化石墨烯復合納米材料，其特征在于該復合納米材料通過以下方法制備得到：

1）將氧化石墨烯分散到體積比為1~2的無水四氫呋喃和三乙胺的混合溶液中，在冰水浴中超聲得到氧化石墨烯懸浮液；