[发明专利]用于提取锂、汞和钪的分子印迹聚合物珠粒

说明书

本公开提供了用于从化学混合物中选择性地隔绝一种或更多种靶标分子的分子印迹聚合物(MIP)技术。本文也公开了MIP珠粒以及制备和使用它们的方法。

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年11月3日提交的美国临时申请号62/417,164的优先权，其内容已通过引用整体并入本文。

背景技术

提取和回收工艺例如在水纯化、采矿和废物处理中是常见的。尽管这些工艺的具体单元操作和工艺化学可能不同，但基本途径是相同的-精细机械、浮法浓缩、化学分离、化学沉淀、加热和其他化学工艺，这些工艺通常是冗长、能量密集且昂贵的。替代工艺可以利用吸收剂来除去靶标或预浓缩靶标用于提取。用于除去或隔绝溶解物质的活性炭或离子交换吸收剂、膜、反渗透、液/液提取方法是常见的。

已开发对“靶标”分子具有大幅度改进的特异性的分子印迹聚合物(“MIP”)，所述“靶标”分子将需要从工艺流(例如在废物处理应用中)除去或由于它的价值而需要从工艺流隔绝(例如隔离)出来。MIP是被设计为对特定靶标分子具有高选择性的聚合物。MIP是通过使与靶标分子配位或“结合”的可聚合配体聚合来制备。将靶标分子和可聚合配体掺合成预聚合混合物，使其形成络合物，然后进行聚合(通常在一种或更多种非配体单体和交叉联接单体存在下)。因此，靶标分子充当用于界定聚合基体内对靶标分子具有特异性(例如具有对应于靶标分子的形状或尺寸)的空腔或吸收位点的“模板”。然后，在将MIP用作吸收剂之前，从MIP上除去靶标分子。

然而，尽管对期望靶标分子具有高选择性，但MIP具有显著缺点。例如，如果靶标分子具有高度的价值(例如贵金属)或危险性(例如有毒或有放射性)，那么相较于选择性较小但便宜很多的吸收剂，在制备MIP时需要使用靶标分子自身作为模板，可由于例如靶标分子的成本或为处理靶标分子所需的预防措施而极其昂贵。此外，因为在聚合物合成期间靶标分子必须保持与可聚合配体络合，所以如果靶标分子/可聚合配体络合物不稳定或以其他方式与聚合条件(例如催化剂、其他单体、低溶解性等)不相容，那么可能根本不可能制备MIP，或需要复杂或困难的反应条件。因此，期望制备具备有利的选择性和常规MIP材料的其他特征，但不具有使用靶标分子作为模板制备MIP时所固有的劣势的吸收剂。本公开的方法和材料提供对常规MIP材料和工艺的此类改进。

发明内容

本公开一般地涉及分子印迹聚合物。更特别地，本公开涉及用于结合复杂混合物中有时存在的靶标分子的离子型分子印迹聚合物珠粒，其在各个实施方案中利用包括二价阴离子和三价阴离子在内的无机或有机阴离子，作为具有类似电荷和分子结构的阴离子靶标金属络合物的替代物。在某些实施方案中，本公开涉及用于选择性地结合混合物中存在的阴离子靶标金属络合物的阳离子靶标金属组分的阴离子分子印迹聚合物珠粒。在此类MIP珠粒中，设计或选择MIP结合空腔中的阴离子配体(一种或多种)，使其与阴离子靶标金属络合物的阴离子配体相比，对该络合物的靶标金属阳离子具有更高的亲和力。在另一些其他实施方案中，本公开涉及高表面积的MIP珠粒。因此，本公开涉及化学、聚合物和材料科学领域。