[發明專利]一種對釹元素具有特異性吸附的印跡纖維素膜的制備方法

在審

• 申請號: 201810644365.6
• 申請日: 2018-06-21
• 公開（公告）號: CN108745273A
• 公開（公告）日: 2018-11-06
• 發明（設計）人: 張奕;鄭旭東;卞婷婷;張雨哲;李忠玉
• 申請（專利權）人: 常州大學
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/28;B01J20/30;C02F1/28;C08B15/02;C02F101/20
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本發明為一種對稀土釹元素具有高吸附容量及特異性吸附的印跡纖維素膜(IMCFs)的制備方法及其在吸附分離上應用，屬材料制備技術和分離技術領域。本項目擬使用纖維素納米晶(CNCs)為生物質吸附材料，并對其進行改性以提高其對釹離子的吸附性能，金屬離子為模版離子，采用離子印跡技術，通過配位作用，形成穩定印跡位點，提高其對釹離子的特異性吸附。表面離子印跡和蒸發誘導自組裝(EISA)法可控合成介孔印跡CNCs復合膜，通過吸附試驗，具體探究吸附機理，為從稀土廢棄物中提取釹離子提供一種新的思路。

技術領域

本發明涉及離子印跡復合膜的制備方法，特指一種纖維素納米晶(CNCs)與Nd³⁺離子通過印跡技術，實現高吸附容量及其對釹離子特異性吸附的印跡介孔纖維素膜(IMCFs)。屬材料制備技術和分離技術領域。

背景技術

釹(Nd)被認為是最重要的稀土元素(REEs)之一，其獨特的性能使其廣泛應用在力渦輪機、混合動力電動汽車等關鍵技術中。美國國防部將其用于高精尖防御武器系統中，如激光瞄準系統，測距儀激光，雷達監控，光學設備和通信系統。此外，釹在機械、電子、有色金屬，醫學等領域有著重要應用。許多國家視稀土資源為戰略儲備資源，推動了需求的急劇增長，加上開采難度的增大，導致了供需間不平衡。

隨著稀土產品應用，環境中產生很多含有稀土元素的廢棄物產品。這些廢棄稀土產品中含有大量高價值稀土元素(如釹、鏑、銪、鋱等)，如果廢棄稀土產品無法正確回收，必然將會對環境帶來極大危害。從廢棄物中提取稀土元素，近些年來，獲得了研究者極大的關注，但國內外相關研究尚處于起步階段，2013年為止，仍只有不到1％的廢棄稀土產品被回收利用。釹鐵硼磁體(NdFeB)由Nd₂Fe₁₄B基體相組成，是富含釹的晶界相的稀土產品。因此，研究選擇性的從釹鐵硼磁體中吸附分離金屬釹離子，一方面可以緩解稀土元素供應危機，促進資源的可持續利用，另一方面，也減輕了環境壓力。

離子印跡是能夠進行選擇性吸附目標離子的技術，基于離子印跡技術可進行水體中痕量金屬離子的檢測、吸附及分離，應用前景十分廣泛。制備的離子印跡膜具備低能耗、應用過程可連續化、易于模塊化等優點的同時彌補了單一膜無法進行單一物質分離的缺陷。所以，將印跡技術加入到功能膜材料的制備中具有重要的研究意義。

發明內容

本發明是以纖維素納米晶體(CNCs)為生物質原料，通過簡單蒸發，形成手性液晶向列結構，引入硅源或者聚合物前驅體得到硅基復合膜或者聚合物復合膜。金屬離子為模版離子，采用離子印跡技術，通過配位作用，形成穩定印跡位點，提高其對釹離子的特異性吸附。本發明的技術方案是：

一種對稀土元素釹具有特異性吸附的自撐式印跡纖維素膜的制備(IMCFs)的制備方法，按以下步驟進行：

(一)制備CNCs，即納米晶體纖維素：

準確稱取10g醫用脫脂棉，弄碎并且在45℃下用50wt％硫酸溶液水解2h。水解結束后，加入8-10倍冷去離子水以終止水解過程，過夜沉降。用去離子水洗滌3次，以去掉水中溶解的纖維素。倒出上層清液，將較低濁度的沉淀層離心之后裝入透析膜(分子量為12000-14000)中，透析近一周。

進一步地，硫酸溶液的體積為：15mL無水硫酸/g棉；

進一步地，當透析溶液pH約為2.4時，完成透析過程。

(二)自撐式離子印跡纖維素印跡膜(IMCFs)的制備：

(1)取上述CNCs懸浮液10mL，超聲處理10min，依次加入葡萄糖，硝酸釹(Nd(NO₃)₃)和硅酸四乙酯(TEOS)直到完全溶解于溶液中。加熱條件下攪拌，獲得白色均勻混合物。倒入聚四氟乙烯盤中，在室溫下緩慢蒸發，得到復合膜。