[发明专利]一种介孔硅膜及其两步制备方法和用途

说明书

本发明提供了一种介孔硅膜及其两步制备方法和用途，制备方法如下：将棉花置于硫酸溶液中，搅拌反应，完毕后取出，用蒸馏水稀释，静置分层；对下层悬浊液离心分离，洗涤；将离心后的悬浊液透析，调pH，超声，得到纳米晶纤维素；将纳米晶纤维素超声，置于圆底烧瓶中，加入葡萄糖，搅拌均匀，加入硅酸四乙酯，搅拌，干燥，得到介孔硅膜A；将介孔硅膜A煅烧，得到介孔硅膜B；将介孔硅膜B置于甲苯中，通氮气后滴加三乙胺，再通氮气后，滴加二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷，密封，振荡，得到介孔硅膜C；将介孔硅膜C置于浓盐酸中反应，得到介孔硅膜D；冲洗介孔硅膜D，烘干后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，采用两步合成的制备方法，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

稀土金属广泛应用于电子、石油化工、冶金、机械、能源、轻工、环境保护、农业等领域。现如今已成为极其重要的战略资源。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。矿区分散，矿点众多，监管成本高、难度大，非法开采使资源遭到了严重破坏。采富弃贫、采易弃难现象严重，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。轻稀土矿多为多金属共伴生矿，在冶炼、分离过程中会产生大量有毒有害气体、高浓度氨氮废水、放射性废渣等污染物。因此，有效吸附回收稀土元素具有十分重要的意义。

其中常用的分离方法有萃取法、重结晶法、分子蒸馏法和膜分离法等。这些方法各有独特优点，但也各存在其局限性。如溶剂萃取技术大量使用有机溶剂，易产生二次污染；重结晶法实验耗时，收率低下，且对溶剂的选择要求高；分子蒸馏法作为一种新型的蒸馏方法虽然能实现一定有机物的分离，但其设备结构复杂，技术要求严苛，投资极大且严重浪费能源；19世纪60年代兴起的膜分离技术(Membrane Separation Technique,MST)以其高效、节能、操作方便、分子级过滤、环境友好等优点已广泛应用于企业生产过程中。但传统膜分离技术仍然存在一些限制其发展的因素，如目前的商售膜(超滤、微滤及反渗透膜)都只能实现某一类物质的分离而无法实现单个物质的分离，特别是对结构相似的有机化合物，传统膜无法对某种物质进行单一、高效的选择性分离。

本发明以纳米晶纤维素晶为模版，以二乙基磷酰乙基三乙氧基硅烷(PETES)为功能单体，硅酸四乙酯(TEOS)为硅基质合成膜材料。一方面，该膜材料优于粉体吸附剂，便于连续操作，易于回收，能耗低，能量利用率高，是“绿色化学”的典型。其次，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，采用两步合成的制备方法，结合位点均匀且位于表面，大大提高吸附量。

发明内容

本发明的目的是提供一种对镧具有高选择性和高吸附量的介孔硅膜的两步法制备方法，并用于对溶液中的微量稀土元素镧的选择性吸附。

本发明的技术方案是：

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中处理得到的纳米晶纤维素超声，再放置于圆底烧瓶中，加入葡萄糖，搅拌均匀，加入硅酸四乙酯，搅拌，干燥，得到介孔硅膜A；