[发明专利]负载普鲁士蓝及类似物纳米粒子的介孔硅胶及其制备和应用

说明书

本发明公布了一种负载普鲁士蓝及类似物纳米粒子的介孔硅胶及其制备和应用。本发明成功合成了负载普鲁士蓝及类似物纳米粒子的杂化介孔硅胶，解决了普鲁士蓝及类似物的固载问题、吸附后的洗脱问题以及不同碱金属离子间的分离问题，此杂化介孔硅胶对Rb⁺和Cs⁺具有着良好的选择性，在大量K⁺存在下，依然对铷、铯有着良好的提取效果，可以很好地实现铷、铯与钾的分离，有望用于从盐湖卤水中分离提取铷、铯。

技术领域

本发明涉及吸附材料技术领域，特别涉及一种杂化介孔硅胶吸附材料及其制备方法，以及这种材料在分离提取微量铷、铯技术中的应用。

背景技术

铷、铯是重要的战略资源，在原子钟、太阳能电池、电子器件、催化剂、生物医药等方面具有广阔的应用前景。我国铷、铯资源虽然丰富，但大多数存在于青海、西藏等地的盐湖卤水中。由于其中铷、铯的含量低，且与之伴生的钾、钠等性质接近元素的含量极高，这给从盐湖卤水中提取铷、铯造成了非常大的困难。传统工艺中盐湖卤水的开发层次低，产品单一，大量的铷、铯资源被浪费掉，造成极大损失。所以近些年来如何分离提取这些元素逐渐成为一个研究热点。

由于铷、铯性质极为接近，所以一般针对Cs⁺进行分离提取研究。涉及的分离提取方法主要有吸附法、溶剂萃取法、离子交换法、化学沉淀法等。具体到对盐湖卤水中铷、铯的提取，现已有了一些尝试。Liu等(Liu,S.-m.；Liu,H.-h.；Huang,Y.-j.；Yang,W.-j.Solventextraction of rubidium and cesium from salt lake brine with t-BAMBP–kerosenesolution.Transactions of Nonferrous Metals Society of China 2015,25(1),329-334)利用4-叔丁基-2-(α-甲苄基)苯酚(t-BAMBP)的煤油溶液萃取盐湖卤水的铷、铯，提取率达到95％以上，并设计了完整的工艺流程，但整个萃取过程须在高碱度(c(OH^-)＝0.5mol·L^-1)条件下进行，难以大规模生产。Lin等(Yang,L.；Li,S.；Sun,C.Selectiveadsorption and separation of Cs(I)from salt lake brine by a novel surfacemagnetic ion-imprinted polymer.Journal of Dispersion Science and Technology2016,38(11),1547-1555)以Cs⁺为模板，羧甲基壳聚糖为功能单体在包裹了硅胶的Fe₃O₄表面合成了离子印迹聚合物，其在盐湖卤水中对Cs⁺有71.60％的吸附率，但吸附过程受pH影响大，需在pH在6左右进行；另外，尽管采用1mol·L^-1盐酸洗脱，但Cs⁺洗脱率仅达90％。Chen等(Chen,F.-P.；Jin,G.-P.；Peng,S.-Y.；Liu,X.-D.；Tian,J.-J.Recovery of cesiumfrom residual salt lake brine in Qarham playa of Qaidam Basin with prussianblue functionalized graphene/carbon fibers composite.Colloids and Surfaces A:Physicochemical and Engineering Aspects 2016,509,359-366)合成的石墨烯与碳纳米管负载普鲁士蓝材料对盐湖卤水中Rb⁺、Cs⁺的提取率可达80％以上，但在洗脱过程中需用0.1mol·L^-1的KCl溶液，再次引入大量K⁺。孙春艳等(孙春艳；程建英；张兴儒.SBA-15负载钼磷酸铵材料的原位合成及其对Cs⁺的吸附性能研究.化工新型材料2014,42(7),111-113)使用原位水热法合成的磷钼酸铵与介孔硅胶SBA-15复合材料用于盐湖卤水提取Cs⁺，虽然得到了较高的吸附量(54mg·g^-1)，但洗脱率并不高(72％)，且洗脱液是3mol·L^-1NH₄Cl与0.15mol·L^-1HNO₃的混合溶液，条件苛刻。