[發(fā)明專利]一種雙介孔核殼型磁性納米攪拌棒的制備方法及吸附分離鈀的應(yīng)用

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• 申請日: 2022-01-27
• 公開（公告）號: CN114433029A
• 公開（公告）日: 2022-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 吳帆;潘建明;李浩
• 申請（專利權(quán)）人: 江蘇大學(xué)
• 主分類號: B01J20/22
• 分類號: B01J20/22;B01J20/28;B01J20/30;C22B11/00;C22B7/00
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本發(fā)明屬于吸附分離功能材料技術(shù)領(lǐng)域，公開了一種雙介孔核殼型磁性納米攪拌棒吸附劑的制備方法及其吸附鈀的應(yīng)用。通過將Fe₃O₄納米顆粒定向組裝和硅前驅(qū)體的水解縮合包封合成棒狀磁各向異性基底材料，利用兩相界面共組裝法在其表面構(gòu)筑一層具有不同孔徑的雙介孔硅層，在自攪拌的同時實現(xiàn)傳質(zhì)速率和位點負(fù)載量的協(xié)同提升。為了提高對鈀離子的選擇性，選擇功能單體8?氨基喹啉，通過開環(huán)反應(yīng)接枝在已修飾環(huán)氧基的雙介孔磁性納米棒表面，實現(xiàn)了對鈀離子的快速、選擇性富集，且循環(huán)使用5次過后其吸附性能無明顯下降；同時，利用MNSR?DM?AQ的超順磁性可快速進行磁分離，克服了傳統(tǒng)鈀吸附劑傳質(zhì)速率慢、不易分離回收的缺點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于吸附分離功能材料制備技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種用于選擇性吸附分離鈀的磁性納米攪拌棒吸附劑的制備，尤其涉及一種基于磁場誘導(dǎo)組裝和兩相界面共組裝法制備納米攪拌棒吸附劑的方法，及其快速、選擇性富集貴金屬離子鈀的應(yīng)用。

背景技術(shù)

在現(xiàn)代化的不斷發(fā)展中，貴金屬由于自身獨特的性質(zhì)逐漸引起了人們的興趣。鈀(Pd)作為貴金屬的代表之一，因其優(yōu)異的物理和化學(xué)性能而被廣泛應(yīng)用于電鍍、珠寶、催化劑、汽車等各個行業(yè)。它不僅是航海、航天、航空、武器、核能等高科技領(lǐng)域不可或缺的戰(zhàn)略資源，也是國際貴金屬投資市場的重要投資品種。近年來，鈀消費量的不斷增加，導(dǎo)致自然界中鈀的儲量急劇減少，而人們的生產(chǎn)生活中產(chǎn)生了大量的含鈀廢棄物。據(jù)統(tǒng)計，2021年，從廢汽車尾氣催化劑和電子垃圾中回收的鈀預(yù)計將增加14％，達到110噸的新紀(jì)錄。因此，從二次資源中回收鈀，即所謂的“城市采礦”應(yīng)運而生，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

目前已有多種回收鈀的方法被報道，包括電化學(xué)沉積、共沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法、液膜分離法和吸附法。在這些方法中，吸附法因其高效、經(jīng)濟的特點而備受關(guān)注。目前，納米材料由于其較大的比表面積，在吸附分離領(lǐng)域應(yīng)用廣泛，能顯著提高吸附劑的吸附容量，但是常用的一些納米吸附劑如納米硅球，納米片等，仍面臨著難回收的難題，而且傳統(tǒng)的吸附劑在吸附分離目標(biāo)物的過程中，仍需要外加的機械攪拌等以提高目標(biāo)物的傳質(zhì)效率。因此設(shè)計開發(fā)新型的便于回收、自攪拌的納米吸附劑在提高傳質(zhì)效率、加快吸附速率方面具有重要意義。

磁性四氧化三鐵作為一種磁響應(yīng)的材料，目前被廣泛的應(yīng)用于生物、化工、環(huán)境等領(lǐng)域，而且其能夠在外界磁場誘導(dǎo)作用下，能夠?qū)ζ溥\動軌跡進行的調(diào)控，實現(xiàn)對磁性氧化鐵顆粒的定向組裝。基于磁性材料的上述特性，設(shè)計制備磁性納米攪拌棒吸附劑，該吸附劑能夠在實現(xiàn)對目標(biāo)物的吸附分離的同時，通過自身的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)傳質(zhì)效率的提升，可以有效地解決吸附劑難以收集的問題。然而，由于磁性氧化鐵易受環(huán)境的酸堿性以及濕度的影響，表面官能團少，難于功能化設(shè)計，對其表面進行包封設(shè)計是必要的過程。硅是地殼中含量排名第二的化學(xué)元素，主要以二氧化硅和硅酸鹽的形式存在。硅基材料由于其毒性低、生物相容性好、易表面功能化、在溶劑中分散性好、熱穩(wěn)定性好等特點，被廣泛應(yīng)用于催化、水處理、藥物載體等各個領(lǐng)域，是良好的吸附劑基底材料。利用二氧化硅包封磁性四氧化三鐵不僅能夠?qū)崿F(xiàn)材料功能的定向設(shè)計，而且可有效保護其不受到強酸強堿環(huán)境的侵蝕。

吸附劑的比表面積大小、形貌結(jié)構(gòu)以及表面官能團的數(shù)量決定了其吸附性能。傳統(tǒng)的二氧化硅基吸附劑具有比表面積小、孔徑小且單一的特點，活性位點數(shù)量少且不利于與目標(biāo)物的快速充分接觸。兩相界面共組裝法是基于表面活性劑膠束能夠在兩相界面的定向組裝，常被用于構(gòu)筑介孔通道，能夠有效增加從材料比表面積，增加功能位點的引入，提升吸附容量。雙介孔結(jié)構(gòu)是指材料表面具有硅前驅(qū)體沉積在有機溶劑納米液滴表面而形成的徑向大孔，其孔徑在10nm以上，其孔壁上存在由十六烷基三甲基溴化銨(CTAB)膠束所形成的4nm以下的小孔。該結(jié)構(gòu)在保證目標(biāo)物溶液能夠快速進入材料孔道的同時提供較大的比表面積，從而提高了活性位點的負(fù)載數(shù)量。

貴金屬鈀在回收過程中，存在Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等其他干擾離子，因此選取對鈀離子具有優(yōu)良選擇性的功能單體來制備選擇性好的鈀吸附劑是當(dāng)前的關(guān)鍵問題。

發(fā)明內(nèi)容