[发明专利]利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀贵元素的方法

说明书

本发明公开了利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀土稀贵元素的方法。该方法，包括如下步骤：将矿产固废原料放入超级电容器中，超级电容器包括阴极、阳极、电解质与量子点的混合溶液，级电容器充电时，产生酸性水环境，促进矿产固废原料表面的稀土稀贵元素离子进行离子交换解离，稀土稀贵元素离子转移入混合溶液中与量子点结合形成量子点‑稀土稀贵元素聚集体，在超级电容器电场作用下该聚集体向阴极表面移动进一步富集；反向操作超级电容器时，使聚集体脱离阴极表面，脱离阴极的聚集体在溶液环境中自然沉降，实现稀土稀贵元素浓缩。本发明构建稀土稀贵元素离子迁移、吸附、富集及荧光发射的量子点辅助超级电容器的工作机制。

技术领域

本发明涉及环保和矿冶技术领域，具体涉及一种利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀贵元素的方法。

背景技术

矿产的共生伴生性是其固废成分复杂的主因，其中不乏对我国国民经济发展尤其是高技术领域意义重大的稀散稀贵元素或技术关键元素，如稀土、锂、钴、铜、镓、锗、铟及其它有色金属品种，但低浓赋存性使其被现有矿冶工艺所抛弃，造成高价值资源随矿冶固废流失。其中，稀土元素是镧系和钪、钇共十七种元素的总称，因其独特光、电和磁性获得“工业维生素”的美誉，支撑诸多新兴产业发展。其中占其消费总量60%和总价值91%的稀土用于永磁材料(镨、钕、铽、镝和钬等)和催化剂(镧、铈和钇等)；其它方面还可用于激光和荧光及彩显(铽、铕等)、超高温和超磁致伸缩合金(镨、铽、镝、钪等)、电池和传感材料等。

中国逐步形成全球唯一具有稀土全产业链的国家，在稀土储备、生产、冶炼分离、消费和出口总量等方面常年占据全球第一的位置。然而快速消耗，导致从2000年开始我国稀土在全世界已探明储量中的占比迅速下降。稀土资源的战略性、有限性和不可再生性促使我国实施保护性稀土限产。鉴于稀土资源影响全球未来发展的重要战略地位，我国需要进一步维持在全球稀土储备、生产及应用的主导地位，以维系自身发展需要和国际供应的战略考量。由于矿物的伴生性至众多固废和尾矿中含有大量低浓稀土资源，需要解决的技术问题是如何实现快捷的二次稀土原料探测普查(100μg/g，ppm)、高效的低赋存稀土解离提取和浓缩、以及较低的过程能耗并避免环境危害等。

现有相关产业化技术不可避免采用酸浸提取，环境和能耗负荷较大，要求较高赋存的稀贵元素原料(固废稀土元素浓度百倍以上量级)，环境污染和生态破坏是行业诟病。其它提取方法包括离子液体、离子交换、溶剂萃取、树脂萃淋和膜分离等，多处于研发状态，对提取对象化学态、结构、和品位要求各异，且提取效率、能效与经济性有待提高。稀贵元素的稀散性对浓缩提出挑战，目前主要依赖有机类的鳌合物，考虑其成本和环境影响，需要寻找有效替代物。

因此，对尾矿或矿冶固废提取高价值伴生元素可以加快提升我国矿产冶金产业链，并对稀贵元素等高价值资源补给和固废高值利用意义重大，同时节省了采矿步骤，减少了与之相关的固废和尾矿堆放造成的环境污染和生态破坏。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种利用量子点辅助超级电容器解离、浓缩和原位监测低浓赋存稀贵元素的方法，本发明提出的方法构建了低赋存稀贵元素的解离、浓缩和原位分析一体化集成技术，拓展了量子点吸附、电化学增强荧光波谱分析和超级电容器电解质调控的新机制；发展一体化构架集成解决低赋存稀贵元素的解离、浓缩和原位分析甄别，开拓了新分离工程技术，对所有低赋存、高价值物质的解离-富集-检测具有创新的技术启示。

本发明所采取的的技术方案是：