[发明专利]一种双介孔核壳型磁性纳米搅拌棒的制备方法及吸附分离钯的应用

说明书

本发明属于吸附分离功能材料技术领域，公开了一种双介孔核壳型磁性纳米搅拌棒吸附剂的制备方法及其吸附钯的应用。通过将Fe₃O₄纳米颗粒定向组装和硅前驱体的水解缩合包封合成棒状磁各向异性基底材料，利用两相界面共组装法在其表面构筑一层具有不同孔径的双介孔硅层，在自搅拌的同时实现传质速率和位点负载量的协同提升。为了提高对钯离子的选择性，选择功能单体8‑氨基喹啉，通过开环反应接枝在已修饰环氧基的双介孔磁性纳米棒表面，实现了对钯离子的快速、选择性富集，且循环使用5次过后其吸附性能无明显下降；同时，利用MNSR‑DM‑AQ的超顺磁性可快速进行磁分离，克服了传统钯吸附剂传质速率慢、不易分离回收的缺点。

技术领域

本发明属于吸附分离功能材料制备技术领域，涉及一种用于选择性吸附分离钯的磁性纳米搅拌棒吸附剂的制备，尤其涉及一种基于磁场诱导组装和两相界面共组装法制备纳米搅拌棒吸附剂的方法，及其快速、选择性富集贵金属离子钯的应用。

背景技术

在现代化的不断发展中，贵金属由于自身独特的性质逐渐引起了人们的兴趣。钯(Pd)作为贵金属的代表之一，因其优异的物理和化学性能而被广泛应用于电镀、珠宝、催化剂、汽车等各个行业。它不仅是航海、航天、航空、武器、核能等高科技领域不可或缺的战略资源，也是国际贵金属投资市场的重要投资品种。近年来，钯消费量的不断增加，导致自然界中钯的储量急剧减少，而人们的生产生活中产生了大量的含钯废弃物。据统计，2021年，从废汽车尾气催化剂和电子垃圾中回收的钯预计将增加14％，达到110吨的新纪录。因此，从二次资源中回收钯，即所谓的“城市采矿”应运而生，符合可持续发展的要求。

目前已有多种回收钯的方法被报道，包括电化学沉积、共沉淀法、离子交换法、溶剂萃取法、液膜分离法和吸附法。在这些方法中，吸附法因其高效、经济的特点而备受关注。目前，纳米材料由于其较大的比表面积，在吸附分离领域应用广泛，能显著提高吸附剂的吸附容量，但是常用的一些纳米吸附剂如纳米硅球，纳米片等，仍面临着难回收的难题，而且传统的吸附剂在吸附分离目标物的过程中，仍需要外加的机械搅拌等以提高目标物的传质效率。因此设计开发新型的便于回收、自搅拌的纳米吸附剂在提高传质效率、加快吸附速率方面具有重要意义。

磁性四氧化三铁作为一种磁响应的材料，目前被广泛的应用于生物、化工、环境等领域，而且其能够在外界磁场诱导作用下，能够对其运动轨迹进行的调控，实现对磁性氧化铁颗粒的定向组装。基于磁性材料的上述特性，设计制备磁性纳米搅拌棒吸附剂，该吸附剂能够在实现对目标物的吸附分离的同时，通过自身的转动实现传质效率的提升，可以有效地解决吸附剂难以收集的问题。然而，由于磁性氧化铁易受环境的酸碱性以及湿度的影响，表面官能团少，难于功能化设计，对其表面进行包封设计是必要的过程。硅是地壳中含量排名第二的化学元素，主要以二氧化硅和硅酸盐的形式存在。硅基材料由于其毒性低、生物相容性好、易表面功能化、在溶剂中分散性好、热稳定性好等特点，被广泛应用于催化、水处理、药物载体等各个领域，是良好的吸附剂基底材料。利用二氧化硅包封磁性四氧化三铁不仅能够实现材料功能的定向设计，而且可有效保护其不受到强酸强碱环境的侵蚀。

吸附剂的比表面积大小、形貌结构以及表面官能团的数量决定了其吸附性能。传统的二氧化硅基吸附剂具有比表面积小、孔径小且单一的特点，活性位点数量少且不利于与目标物的快速充分接触。两相界面共组装法是基于表面活性剂胶束能够在两相界面的定向组装，常被用于构筑介孔通道，能够有效增加从材料比表面积，增加功能位点的引入，提升吸附容量。双介孔结构是指材料表面具有硅前驱体沉积在有机溶剂纳米液滴表面而形成的径向大孔，其孔径在10nm以上，其孔壁上存在由十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)胶束所形成的4nm以下的小孔。该结构在保证目标物溶液能够快速进入材料孔道的同时提供较大的比表面积，从而提高了活性位点的负载数量。

贵金属钯在回收过程中，存在Ni(Ⅱ)、Co(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)、Zn(Ⅱ)、Pb(Ⅱ)、Cu(Ⅱ)等其他干扰离子，因此选取对钯离子具有优良选择性的功能单体来制备选择性好的钯吸附剂是当前的关键问题。

发明内容