[发明专利]一种3D壳聚糖/二氧化硅复合材料及其制备方法和在吸附分离铼中的应用

说明书

本发明涉及一种3D壳聚糖/二氧化硅复合材料及其制备方法和在吸附分离铼中的应用。采用一步快速微波辅助合成法，以P123为模板，硅酸钠为硅源，在硅酸钠水解缩合过程中加壳聚糖，使Si‑OH与壳聚糖上的‑OH和‑NH₂以共价键和氢键的作用结合，然后加入戊二醛作为交联剂，将壳聚糖与介孔二氧化硅进行复合，得到3D壳聚糖/二氧化硅复合材料。本发明制备原料采用生物质材料，廉价易得，制备过程简单，合成速度快，时间短，并且在高浓度Cu(II)模拟料液中对Re(VII)的吸附率高，在pH＝4时对铼的吸附率可达96.67％，最大饱和吸附量为261.81mg·g^‑1，可实现稀散金属元素Re(VII)的有效分离。

技术领域

本发明属于铼的有效吸附分离以及介孔二氧化硅吸附材料制备技术领域，具体涉及一种3D壳聚糖/二氧化硅复合材料的制备，及在高效吸附分离Re(VII)中的应用。

背景技术

铼是一种具有很高利用价值的稀散金属之一，呈银白色。由于铼的熔点、沸点及密度很高，所以它是一种良好的难熔金属，且具有硬度大，耐腐蚀性强和耐摩擦性高的特点。此外，铼还具有良好的机械稳定性和较高催化活性。因此，铼及其合金在石油化工、冶金和国防航天等领域的广泛应用，已使其成为极其重要的战略性金属材料。然而，铼元素在地壳中的丰度(7-10％)仅大于镤元素和镭元素，且自然界中并无独立的铼矿物，通常与其他元素伴生于铜铼矿和辉钼矿中。随高新材料的发展，不可再生的铼资源早已无法满足工业生产的需求。所以，在铜和钼的冶炼工业中，实现相应焙烧浸出液中稀贵金属铼资源的有效回收，具有重要的环境效益和经济价值。

目前，对于铼的回收分离方法主要有离子交换法、溶剂萃取分离法、活性炭吸附法、化学沉淀法和液膜法等。吸附法作为提取铼的最优方法，具有低成本、高效率、对环境友好等优点。常用作吸附剂的材料有碳材料、硅材料、树脂和生物质等。介孔二氧化硅由于其具有高比表面积，有序可调的孔径结构，水热稳定性和机械稳定性较好，表面易于修饰等特点成为新型吸附剂或吸附剂的基体。但是，纯的介孔二氧化硅材料，其孔内外表面只有大量的硅羟基，Si-OH与其他物质的相互作用非常有限，这就限制了介孔二氧化硅在很多领域的应用。因此，利用有机基团对介孔二氧化硅进行改性以调节其结构、比表面积、孔径及表面性质，使其同时具有有机-无机材料的性质，以增加介孔二氧化硅在催化、吸附、分离、医学等领域的应用。

对介孔二氧化硅的化学改性方式主要有一步法和后嫁接法。一步法是指在合成介孔二氧化硅的体系中，直接加入主要硅源(TEOS、TMOS、Na₂SiO₃等)和硅烷偶联剂等有机组分，使其同时水解并缩聚，通过组装、交联将功能基团引入材料表面。这种方法一般通过溶剂萃取除去模板剂以防止破坏引入的有机基团。这种方法具有材料合成时间较短，方法简单等优点。并且用一步法合成材料时，硅烷偶联剂不仅为其提供了特定的官能团，也会参与到硅骨架的构建中，这样，有机组分可以均匀的分布在材料的孔道内，同时有机组分会具有较高的结构稳定性。后嫁接法也可称为两步法，是指先合成去除模板的介孔二氧化硅，共价键的后嫁接是先除去介孔二氧化硅材料中的表面活性剂，然后含有特定官能团的硅烷偶联剂的硅酸酯部分与二氧化硅表面的Si-OH发生缩聚形成Si-O-Si键，得到功能化的介孔材料，从而达到引入活性官能团的目的。后嫁接法可以实现将多种活性官能团接枝到材料表面，很好地保留材料原本的有序结构，并通过改变原本材料和硅烷偶联剂的加入比例可以调节功能化程度。但使用此方法引入的活性官能团的量主要取决于材料表面硅羟基的量，这是因为硅酸酯与Si-OH的缩聚反应只会在Si-OH的活性较强时发生，这可能会导致官能团在材料表面分布不均匀。