[发明专利]有机聚合官能团改性二氧化硅及其生产工艺和用途

说明书

本发明涉及含季铵的功能化材料的生产工艺，在适当的情况下还涉及同一组合物中巯基、硫化物和硫脲的多重组合，每个官能团均以众多不同的低聚体、组态和立体化学的多种形式呈现，此外还涉及其应用，如产品净化，或从产品流、工艺流和废液中去除不需要的有机和无机化合物包括金属和金属络合物，或在多成分混合物中选择性去除目标成分，或作为金属、金属络合物、有机和生物化合物的净化与分离层析介质，或作为阴阳离子交换剂、固相萃取材料、固相合成材料、金属离子提取材料和生物分子固定材料，本发明还涉及含聚季铵基团的功能化材料的新组分。

技术领域

本发明涉及含阴离子基团的新型有机聚合功能材料及其生产工艺与使用，如用作金属去除或选择性金属去除材料，或从产品流、工艺流和废液中去除有机和无机化合物，或用作金属层析材料、固相净化或萃取材料、生物分子固定材料、固相合成材料和色谱材料。本发明还涉及这些新产品的前驱体及其生产工艺。

背景技术

社会和法律对环保需求的压力，对更清洁工艺的要求进一步提高，并力求避免或降低废弃物，尤其是降低环境中有毒金属和化合物的残留量、在可能的情况下捕捉金属回收再利用。

金属在当今的技术中起着核心作用。举例来说，包括铂、铑、钯、钌、铱和黄金在内的这些资源有限的贵金属，被广泛用于不同行业的众多不同应用。而且，当前发现并开发的越来越多的应用都需要使用贵金属，未来对贵金属的需求量远大于其可用资源。高昂的价格、有限的资源再加上金属的毒性，这些因素都迫使市场要有一种高效的技术从产品流、工艺流和废液中回收贵金属实现再利用。仅以石化工业为例(包括羰基合成和硅氢加成反应)，就可以从其产品流、工艺流和废液中回收这些金属。

在众多不同行业，金属广泛应用于各种不同的应用。最终，这些金属成为各种各样产品流、工艺流和废液中的一部分。需要有一种技术，通过产品的形成、使用和处理的生命周期来管理所有这些产品及其应用、生产和废液，实现更高的金属回收率、再利用效率与选择性，减少对环境造成的影响。就选择性而言，以采矿和冶炼业为例，要控制已经存在的金属如铜、镍、铁以及含金属(如锌)的制程化学品就遭遇很大的挑战。因此，亟需一种新的金属回收和再利用技术。

各个行业越来越多地用到稀土类金属(如钪、钇、镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥)，这也突出显示了市场不断增长的需求，市场需要一种新型的更先进的技术从产品流、工艺流和废液中更有效地回收这些金属实现再利用。

近期的一项报告(《战略能源技术的关键金属》(Critical metals in strategicenergy technologies)，ISBN 978-92-79-20698-6)强调，特定金属越来越多的使用，加上与这些金属资源的地理位置相关联的诸多问题，使得金属的供应形势更为严峻，金属的供应短缺将潜在限制低碳能源技术的推广，如核能、太阳能、风能、生物能、碳的捕获与储存及电网工业。十四种关键金属已确定存在供应短缺的潜在风险，其中五种高危匮乏，即钕、镝、铟、碲和镓。该项报告同时也建议了一系列的解决方法，其中包括更先进的金属回收技术，以实现金属再利用。

在矿业的冶炼与净化工艺流中，极低浓度的高价值金属(如贵金属)往往与其他金属并存，而后者在有些情况下浓度极高。为避免高价值金属的大量流失，要有一项更好的技术来实现下列目标：1)将所需金属降低至极低浓度；2)高效作用于极低ppm金属浓度；3)与更高浓度的其他金属共存时选择性去除高价值的金属。

矿业的其他金属，如铜、镍、铁、锌，需要改进技术：1)将金属去除至极低的残留浓度；2)不管金属浓度高低均可有效作用；3)即使共存的其他金属浓度各异，也可选择性去除目标金属；4)对单一或多个目标金属有强的吸附力；5)不仅被捕捉的的单一或多个金属可以再利用，技术也可再利用。

昂贵的有机成分或聚合物经常需要多级工艺生产，产品中通常有副产物、异构体和杂质。大多数情况下，所需产品都必须净化，因此对更有效净化技术的需求不断增加，以去除所需产品中所有的一系列特定副产物、异构体和杂质。但现有技术如结晶，会造成产品的大量损失。