[发明专利]一种介孔硅膜及其一步制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种介孔硅膜及其一步制备方法和用途，制备方法如下：将棉花置于硫酸溶液中，搅拌反应，反应完毕后取出，用蒸馏水稀释，静置分层；倒掉上层清液，对下层悬浊液离心分离，洗涤；将离心后的悬浊液转移到透析膜中透析，调pH，超声，得到纳米晶纤维素，待用；将纳米晶纤维素超声，放置于圆底烧瓶中，加入葡萄糖，搅拌，加入二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷和硅酸四乙酯的混合液A，搅拌，干燥，得到介孔硅膜A；将介孔硅膜A置于硫酸溶液中去除模板，得到介孔硅膜B；将介孔硅膜B置于浓盐酸中反应，得到介孔硅膜C；将介孔硅膜C用蒸馏水和无水乙醇冲洗，烘干，得到最终的介孔硅膜。本发明以生物质纤维素为模板，来源广泛，绿色环保。

技术领域

本发明涉及一种对镧具有高选择性和高吸附量的介孔硅膜的制备方法，采用一步合成的制备方法，以及应用于稀土元素镧的吸附回收，属于材料制备和分离技术领域。

背景技术

稀土有工业“黄金”之称，因其优良的光电磁等物理特性，能够大幅度提高其他产品的质量和性能，因此用于与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料。而且，稀土是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂，主要用于制造制特种合金精密光学玻璃、高折射光学纤维板。用作多种反应的催化剂，如掺杂氧化镉时催化一氧化碳的氧化反应，掺杂钯时催化一氧化碳加氢生成甲烷的反应。浸渗入氧化锂或氧化锆(1％)的氧化镧可用于制造铁氧体磁体。是甲烷氧化偶联生成乙烷和乙烯的非常有效的选择性催化剂。

但是，经过半个多世纪的超强度开采，中国稀土资源保有储量及保障年限不断下降，主要矿区资源加速衰减，原有矿山资源大多枯竭。目前，采富弃贫、采易弃难现象依然严重，资源回收率较低。稀土开采、选冶、分离存在的落后生产工艺和技术，严重破坏了地表植被，造成水土流失和土壤污染、酸化，使得农作物减产甚至绝收，给公众的生命健康和生态环境带来重大损失。因此，有效吸附回收稀土资源具有十分重要的意义。

以生物质纳米纤维素晶体(NCC)为模板，用二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷(PETES)和硅酸四乙酯(TEOS)合成膜材料，优于粉体吸附剂，便于连续操作，易于回收。在各种吸附材料中具有很大优势。一方面，该介孔硅膜含有–PO(OH)₂功能基，它不仅含有可与阳离子进行交换的质子，同时，还含有一个能直接与金属配位的≡P＝O基，对镧和铈具有高选择性和高吸附量；另一方面，该技术便于连续操作，易于放大，能耗低，能量利用率高，是“绿色化学”的典型。

发明内容

本发明是一种对镧具有高选择性和高吸附量的介孔硅膜的一步法制备，并用于对溶液中的微量稀土元素镧的选择性吸附。

一种介孔硅膜，所述介孔硅膜为平面内多层孔状结构，呈螺旋扭曲棒状，定向，有序；所述介孔硅膜含有-PO(OH)₂功能基和能够直接与金属配位的≡P＝O基。

一种介孔硅膜的两步制备方法，步骤如下：

步骤1、将棉花置于硫酸溶液中，搅拌反应，反应完毕后取出，用蒸馏水稀释，静置分层；倒掉上层清液，对下层悬浊液离心分离，洗涤；将离心后的悬浊液转移到透析膜中透析，调pH，超声，得到纳米晶纤维素(NCC)，待用；

步骤2、将步骤1得到的纳米晶纤维素超声，放置于圆底烧瓶中，加入葡萄糖，搅拌，加入二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷(PETES)和硅酸四乙酯(TEOS)的混合液A，搅拌，干燥，得到介孔硅膜A；

步骤3、将步骤2得到的介孔硅膜A置于硫酸溶液中去除模板，得到介孔硅膜B；

步骤4、将步骤3得到的介孔硅膜B置于浓盐酸中反应，得到介孔硅膜C；

步骤5、将步骤4得到的介孔硅膜C用蒸馏水和无水乙醇冲洗，烘干，得到最终的介孔硅膜。

步骤1中，所述硫酸溶液的体积分数为50～70％；所述搅拌反应为在35～55℃下搅拌反应2～4h；所述透析膜的截留分子量为11000～15000，透析时间为1～4天；所述pH为2.4。