[发明专利]一种分离和/或提取稀土元素的方法

说明书

本发明公开了一种分离和/或提取稀土元素的方法。包括将磁性β‑环糊精聚合材料与含有稀土元素的溶液接触，经吸附，分离和/或提取稀土元素；优选的，稀土元素通过弱酸溶液处理进行洗脱和回收。具有高效、高选择性、重复性好、成本低、环境友好的优点，可实现磁性β‑环糊精聚合材料对稀土元素的选择性吸附，分离因子大于100。经过弱酸洗脱回收稀土元素并再生水处理材料5次，对含稀土元素水溶液中Gd³⁺和Nd³⁺的去除率分别高达95％以上。

技术领域

本发明涉及污水处理领域，尤其涉及一种分离和/或提取稀土元素的方法。

背景技术

伴随着经济快速增长、工业化加速发展，我国污水排放量逐年增加。一方面，污水中含有大量有机和无机污染物，处理不当，会造成环境污染，是迫切需要解决的环境问题之一。另一方面，污水中含有大量资源，具有回收利用的潜力，有效回收污水中的资源，可实现变废为宝。由于其特殊的光电子结构及物理化学性质，稀土元素在许多领域具有不可替代的作用，已广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、环境保护等领域。随着稀土元素应用范围的不断扩大，全球对稀土元素的需求也逐年递增。因此，发展稀土元素的循环利用对资源回收利用和环境保护都有重要意义。

目前，从水中提取和分离稀土元素的方式主要有：化学沉淀法、液膜法、溶剂萃取法、吸附法、离子交换法等。其中，吸附法因操作简单、成本低、无二次污染受到广泛关注。当前，海藻酸钙、硅藻土、多壁碳纳米管等材料已被用于提取和分离稀土元素，但是已有的这些材料存在选择性差、重复利用低、成本高的缺点，阻碍了其进一步应用。特别是，污水中稀土元素常伴随高浓度的碱金属、碱土金属，而大多数吸附型磁性β-环糊精聚合材料对稀土元素的选择性较低。

因此亟需发展一种高选择性、低成本的稀土元素磁性β-环糊精聚合材料，以实现高效提取和分离稀土元素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用可批量合成的磁性β-环糊精聚合材料高效提取和分离水溶液中稀土元素的方法。该方法对稀土元素提取可实现高的吸附量、快速的动力学响应和优异的选择性。合成所用单体均为廉价、无毒或低毒性的化合物，通过易操作、环境友好的方法可将吸附的稀土元素洗脱，实现高效的提取和分离水溶液中的稀土元素。

为实现上述目的，本发明提供一种分离和/或提取稀土元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：

将磁性β-环糊精聚合材料与含有稀土元素的溶液接触，经吸附，分离和/或提取稀土元素；优选的，稀土元素通过弱酸溶液处理进行洗脱和回收。

进一步，所述磁性β-环糊精聚合材料的制备方法为，

将Fe₃O₄、β-环糊精、四氟对苯二腈、K₂CO₃、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺混合均匀后，放入圆底烧瓶中，在氮气环境中，恒温反应，再自然冷却至室温，将得到的样品过滤，依次使用盐酸、纯水、四氢呋喃、二氯甲烷洗涤，真空干燥后，即得到磁性β-环糊精聚合材料；

优选的，Fe₃O₄、β-环糊精、四氟对苯二腈、K₂CO₃、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为(0.1-0.5)g：(1-3)g：(0.5-2)g：(2-4)g：(50-80)ml：(5-10)ml；更优选的，所述Fe₃O₄、β-环糊精、四氟对苯二腈、K₂CO₃、四氢呋喃、N,N-二甲基甲酰胺的用量比为0.29g：2g：1g：3g：72ml：8ml；

进一步，所述恒温反应为80-90℃45-55h；优选的，恒温反应为85℃48h。

进一步，所述含有稀土元素的溶液包括工业污水、生活污水或地表水。