[发明专利]一种吸附稀土金属离子的新型介孔材料的制备方法

说明书

技术领域

本发明属于吸附技术领域，尤其涉及一种吸附稀土金属离子的新型介孔材料的制备方法。

背景技术

有序介孔材料具有孔道尺寸均匀、排列有序、孔径可调等特性，在催化、能源、环境、生物和光电转换等领域显示了极为重要的应用价值。经过近二十年的研究，多种孔径可调、组成可变、形貌和孔道结构多样化的新型硅基介孔材料已被成功合成。由于介孔二氧化硅具有高的比表面积，表面富含硅羟基，易于修饰等优点，通过在表面接枝具有不同配位功能的有机官能团后，在金属离子吸附领域具有潜在的应用价值。在介孔二氧化硅孔道表面引入有机功能团有接枝法和共缩聚法两种，后嫁接法属于介孔氧化硅制备后的化学修饰方法，即先制备介孔氧化硅，然后在其表面共价连接有机分子。共缩聚法属于一锅法，是直接在合成介孔氧化硅的过程中加入一定比例的有机硅烷偶联剂，使之作为部分的硅源在有机模板下进行自组装和缩聚反应。Billinge等研究在MCM-48上接枝苯甲酰硫脲基团对Hg²⁺的最大吸附量可达5.0～7.0mmol/g，远大于其他含硫官能团接枝得到的吸附剂。Fryxell在“软硬酸碱理论”的基础上，设计出了含有不同配体的介孔吸附材料，对镧系和锕系元素表现出良好的吸附能力，其中，对锕系元素的最大吸附分配系数超过30000。Macky对含氨基的MCM-41对金属离子的选择性吸附性能进行了研究^[20]。在含有Cd²⁺和Ni²⁺的体系中，通过加入适量德乙二胺四乙酸(EDTA)，利用不同pH值下，EDTA对Cd²⁺和Ni²⁺的结合能力的差异，实现了NH₂-MCM-41对Cd²⁺和Ni²⁺的100％选择性吸附。

稀土元素由镧系元素以及与之同族的钪和钇等17个元素组成。稀土元素具有独特的4f电子亚层、丰富的跃迁能级、大的原子磁矩、多变的配位数、系统变化的原子和离子半径，在光、电、磁功能材料中显示了不可替代的作用，因而被喻为现代功能材料的“维生素”。美、日等发达国家均将其列为“战略元素”，予以特殊研究和资源储存。随着稀土元素在各科学领域中应用的日益增加，稀土元素的需求量也日益增加，但世界稀土储量是有限的，有效、合理地利用稀土资源是目前急需解决的问题。从含稀土的各种材料的残渣废料中回收稀土元素是合理利用稀土资源的有效方法之一，既可使稀土资源得以重复利用，又减轻了残渣废料对环境的污染。

本发明设计合成了一种新型的氨基功能化的介孔材料，并将其用于对镧系(镧、铈、镨)离子的吸附研究。

发明内容

本发明的目的是提供了一种吸附稀土金属离子的新型氨基功能化的介孔材料的制备方法。

本发明的技术解决方案是:一种吸附稀土金属离子的新型氨基功能化的介孔材料的制备方法，包括如下步骤：

室温下将合成介孔材料的模板剂溶解于去离子水中，充分搅拌使其完全溶解；向该溶液中加入氨基功能基团和硅源，氨基功能团与模板剂的摩尔比为1-5:1，硅源与氨基功能团的摩尔比为1-7:1，搅拌0.5-5h至溶液变为粘稠的白色悬浊液，然后装入100mL带有聚四氟乙烯内衬的不锈钢水热反应釜内，一定温度下晶化3-24h；物料取出离心后将所得固体倒入有机溶液中，一定温度下冷凝回流以去除表面活性剂，离心分别用醇和蒸馏水洗涤至中性，干燥。

所述的模板剂为十二烷基硫酸钠、十二烷基苯磺酸钠、硬脂酸、月桂酸钠、甘胆酸钠、月桂醇硫酸钠、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯之一。

所述的氨基功能基团为3-氨基丙基三甲氧基硅烷、3-氨基丙基三乙氧基硅烷之一。

所述的硅源为水玻璃、硅溶胶、正硅酸乙酯之一。

制备的氨基功能化的介孔材料用于吸附稀土金属离子，其具体操作如下：

称取一定量的介孔吸附材料，加入一定体积一定浓度的稀土金属离子溶液中，并用稀盐酸和氢氧化钠调节至最佳pH值，一定时间下进行吸附实验后，滤膜过滤，以偶氮胂Ⅲ为螯合剂，采用紫外分光光度计测定吸附后溶液中的稀土金属离子浓度。

附图说明

图1是本发明的介孔材料的扫描电镜图。

图2是本发明的介孔材料的透射电镜图。

图3是本发明的介孔材料的氮气吸附-脱附图。

图4是初始浓度对介孔材料吸附稀土金属离子的影响。

图5是pH对介孔材料吸附稀土金属离子的影响。