[发明专利]一种羟基修饰的银耳状三维碳纳米片及其制备方法和在回收镓中的应用

说明书

本发明属于镓的有效回收材料制备技术领域，具体涉及一种羟基修饰的银耳状三维碳纳米片材料及其制备方法和在回收镓中的应用。采用的技术方案是：所述的银耳状三维碳纳米片基体是以柠檬酸钠作为碳源直接碳化所得，选用富含羟基的二氧化钛和山梨醇与基体化学键合。本发明制备方法快速简便，反应条件温和，绿色无污染，制备出的复合材料不仅会提高碳材料的亲水性和再生性，解决二氧化钛作为吸附剂难以在水溶液中进行良好循环和回收利用的问题，而且会使吸附剂表面的功能基团即活性位点增加，有效提高对稀散金属镓离子的吸附性能，具有实际应用性。

技术领域

本发明属于镓的有效回收材料制备技术领域，具体涉及银耳状三维碳纳米片基体是以柠檬酸钠高温碳化所得，基体上富含羧基和羟基，将钛酸丁酯与山梨醇复合在基体上，所合成的羟基修饰的银耳状三维碳纳米片，旨在从含有金属离子镓的溶液中有效吸附镓。

背景技术

我国是世界上镓储量最大的国家，约占世界的80-85％，主要分布在内蒙古、广西、贵州、河南、山西以及云南几个省，其主要的存在形式是伴生矿，一般为钒钛磁铁矿、闪锌矿、铅锌矿、煤飞灰等，工业上生产的镓主要来源于冶炼矿石过程中产生的残渣。目前我国的金属镓资源相对比较多，但是这种金属极其稀少且不易被提取，而且其分离技术也很有限。目前国内外最广泛的提取镓的方法为溶剂萃取法，常用的萃取剂有羧酸类、膦类、喹啉类、胺类等。羧酸类萃取剂对镓的分离效果好，萃取率高，但十分耗时、研究体系也比较单一。膦类萃取剂对镓的选择吸附性较佳，但是整个提取过程需在高浓度盐酸溶液中进行，这样不仅会造成对设备的损坏、成本增加，而且还会污染环境。喹啉类吸附剂用于氧化铝工业中，但因其平衡时间较长、萃取率低，而没有被广泛应用。胺类萃取剂使用的反应体系为低浓度酸性溶液且环境友好，但是很难使镓与铁分离。

上述几种回收镓的方法不仅在循环利用方面效果并不是很好，而且易造成环境污染，使用的试剂也比较昂贵。相比之下，吸附法由于具有成本低、设备所需要的要求低、多功能性、操作简单以及可重复使用率高的优点，而被一致认为是从废水中提取稀散金属最有效的一种方法，该法也已经成为国内外研究的热点。吸附法主要是利用固体吸附剂来吸附目标离子，从而可以达到使目标离子回收和除去的一种常见方法。

碳纳米片材料具有优异稳定性、高比表面积、丰富活性位点等优点可作为载体与二氧化钛复合，这样不仅可以保持碳材料的多种优异特性，而且可以增强二氧化钛的稳定性及可重复利用性，有效解决其难以回收的问题。碳纳米片和二氧化钛复合材料可以作为一种具有较高的吸附选择性、较高的机械强度、优异的再生性能、较好的稳定性以及低廉价格的吸附剂。

发明内容

以柠檬酸钠作为碳源，采用直接碳化法制备出银耳状三维碳纳米片，并选用富含羟基的二氧化钛和山梨醇与碳纳米片复合。二氧化钛的表面功能基团较多，可以用作吸附剂来进行金属离子的回收，但由于自身水溶性好而导致难以在水溶液中进行良好循环和回收利用。因此把具有高比表面积、良好化学稳定性的碳材料作为基体与富含羟基的二氧化钛以C-O-Ti键结合，这样不仅可以改善碳材料的亲水性，还可以改善二氧化钛的稳定性和重复利用性，解决了其难以回收的相关问题，而且增加了材料的活性吸附位点，使镓的吸附量得到显著的提高。

本发明是通过如下技术方案实现的：一种羟基修饰的银耳状三维碳纳米片，银耳状三维碳纳米片基体是以柠檬酸钠高温碳化所得，将钛酸丁酯与山梨醇复合在银耳状三维碳纳米片基体上，得到富含羟基的银耳状三维碳纳米片。

上述的一种羟基修饰的银耳状三维碳纳米片的制备方法，包括如下步骤：

3)首先将柠檬酸钠放入瓷舟中进行碳化，再用稀释的盐酸和蒸馏水洗涤，直至中性，然后放置于50℃的烘箱中干燥过夜，得到碳样品；

4)取步骤1)所得碳样品，钛酸丁酯和山梨醇于三口烧瓶中，在室温下超声搅拌1.5小时之后，将所得溶液逐滴滴入蒸馏水中，静置沉降24小时后进行抽滤操作，最后干燥过夜，研磨得到目标产物。