[發明專利]三維鎵印跡五倍子單寧硅基復合材料及其在回收鎵中的應用

在審

• 申請號: 202011228492.1
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112452302A
• 公開（公告）日: 2021-03-09
• 發明（設計）人: 熊英;趙玉梅;朱龍;于海彪;王月嬌;崔俊碩;婁振寧;單煒軍
• 申請（專利權）人: 遼寧大學
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;C02F1/28;C22B7/00;C22B58/00;B01J20/30
• 代理公司: 沈陽杰克知識產權代理有限公司 21207
• 代理人: 金春華

本發明涉及三維鎵印跡五倍子單寧硅基復合材料及其在回收鎵中的應用。本發明以三維雙連續孔道介孔二氧化硅KIT?6為基質，五倍子單寧為功能單體，鎵為模板離子，戊二醛為交聯劑，通過表面印跡技術獲得鎵印跡的五倍子單寧硅基復合材料吸附劑。當鎵離子模板的濃度為150mg·L^?1時，所得復合吸附材料的比表面積高達514.354m²·g^?1，總孔體積為0.853cm³·g^?1，對鎵的最大飽和吸附量為268.50mg·g^?1，遠高于未印跡材料的186.73mg·g^?1。本發明采用表面印跡技術，將廉價、綠色、活性位豐富的五倍子單寧負載于介孔二氧化硅材料，所得吸附劑環境友好、吸附選擇性高、傳質速率快，對鎵的高效分離和富集極具實際應用價值。

技術領域

本發明涉及一種硅基復合材料的制備和應用，尤其涉及一種綠色環保、方法簡單、活性位點豐富的三維鎵印跡的五倍子單寧硅基復合材料的制備方法及其在由含雜質金屬離子溶液中回收鎵的應用，屬于復合材料的合成及金屬鎵的高效回收技術領域。

背景技術

鎵是一種至關重要的稀散金屬，最早應用于冶金技術，目前在許多高科技領域，如光伏太陽能電池、電子信息和無人操作系統、半導體材料、電腦顯示器、催化、醫藥等方面有著廣泛的應用。而自然界卻無獨立的鎵礦，可供開采鎵的礦石又微乎其微，鎵一般由鋁土礦、粉煤灰、蛭石、鈣礬石等伴生礦及廢棄電子產品等二次資源中回收。鑒于鎵在各種先進領域中應用甚廣，且預計未來對于鎵的需求量將持續增長，從工業廢水溶液中分離回收鎵金屬日益得到研究者的重視。

目前，回收處理稀散金屬鎵的方法有很多，例如固相萃取法、生物浸出法、化學法、電化學法和吸附法等。其中，吸附法因其具有操作過程簡單、分離效率高、成本低廉、無二次污染等特點，成為工業廢水中鎵回收的有效方法。對于該方法而言，設計與制備吸附性能優異、選擇性高、環境友好的吸附劑是所需要考慮的核心問題。

離子印跡技術是一項前沿的吸附劑制備技術，它以目標離子為模板，將目標離子與功能單體通過配位、螯合作用等方式相聚合，再采用酸性試劑去除聚合物中的模板離子，得到和目標吸附離子相匹配的特異性印跡空穴，以達到高水平吸附目標金屬離子的效果。Cem Esen團隊(Mater.Sci.Eng.C.,2009,29,2464-2470)報道了一種通過本體聚合得到的PHEMAC-Pb²⁺固相萃取劑，用于選擇性吸附水溶液中的Pb²⁺，該研究所得吸附劑在含Ni²⁺、Cd²⁺、Cu²⁺等雜質離子的Pb²⁺溶液中對Pb²⁺選擇性較高，但吸附效率相對較低(2.01mg·g^-1)。隨后，為彌補離子印跡擴散阻力大、傳質動力學慢、模板離子難去除等缺點，研究者們開始普遍采用表面離子印跡技術，即將功能單體負載在介孔材料的表面，然后經過模板離子印跡、去除模板離子得到表面印跡聚合物。所得吸附劑兼具離子印跡的高選擇性與介孔材料的高比表面積，吸附速率快、機械穩定性良好，為金屬離子的吸附提供了一個突破窗口。Kang團隊(Microporous Mesoporous Mater.,2018,272,193-201)通過表面離子印跡技術合成了離子印跡的聚乙烯亞胺接枝介孔二氧化硅SBA-15吸附劑，并用于選擇性地吸附水溶液中的Cu(II)。研究發現在高[Cl^-]/[Cu(II)]比率下制備吸附劑，可以提高表面印跡SBA-15的選擇性。但是，該工作所涉及的功能單體可對環境造成污染，且制備過程較為繁瑣。

在選擇性吸附回收鎵領域中，表面印跡技術的應用還處于萌芽階段，目前只有Zhang團隊(Talanta.,2010,82,304-311)有過相關報道。所制備的Ga(Ⅲ)離子印跡多壁碳納米管吸附劑對Ga(III)的最大吸附量為58.8μmol·g^-1。可見，將表面印跡技術應用于鎵吸附在提升吸附鎵性能方面有著極高的可塑性和廣闊的應用前景。

發明內容