一种介孔材料的制备方法及在低浓度稀土离子富集回收中的应用，以十六烷基三甲基溴化铵为模板，正硅酸乙酯为硅源，采用水热法合成介孔MCM‑41材料，采用烷基偶联剂对介孔材料进行接枝，引入‑SH，得到SH‑MCM‑41介孔材料。将该材料用于富集回收低浓度稀土废水中的La3+、Gd3+和Yb3+：吸附体系的pH值2‑6、溶液温度25‑55℃，吸附剂用量10‑60mg，振荡吸附60min，稀土La3+、Gd3+和Yb3+的最大吸附容量分别为560.56mg/g、467.60mg/g和540.68mg/g。用稀盐酸溶液解析再生，循环使用4次，仍保持较高的吸附率。该介孔材料具有富集回收效率高，循环再生性能高，可节约成本，对环境友好等特点。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于湿法冶金和废水处理
技术介绍
稀土元素最早出现在18世纪末，根据其独特的电子层结构和物理化学性质，分为轻、中和重稀土。它们在元素周期表中的特殊位置决定了其具有很多优异性能，因具有特殊的4f电子构层，较大的原子磁矩及自旋耦合能力，被广泛的应用在农业、冶金、石油化工及光电工业中，被称作“工业上的黄金”、“工业维生素”。中国是稀土资源丰富，是世界稀土资源的储藏大国，世界储量达154000千吨，中国占57.7%，排名第一。近年来，随着池浸、堆浸和原地浸矿等技术的不断发展，在开发利用稀土资源的同时也造成了资源浪费严重、水体污染和山体植被破坏等系列问题。资料显示：池浸工艺中稀土资源回收率约为30%，每产生一吨稀土氧化物，就会产生近千吨的稀土废水，如果直接排放，就造成了稀土资源的浪费。本专利技术的目的是针对现有稀土开采技术的不足，提供一种介孔材料SH-MCM-41的制备方法及在低浓度稀土离子富集回收中的应用。本专利技术是通过以下技术方案实现的。本专利技术所述的一种介孔材料的制备方法，包括以下步骤：（1）按十六烷基三甲基溴化铵与水质量比为1:100-1:130的比例，称取十六烷基三甲基溴化铵于250ml的圆底烧瓶中，加入体积百分比为40%-47%的氨水溶液，60℃水浴搅拌至十六烷基三甲基溴化铵完全溶解。（2）按十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸乙酯质量比为1:4-1:5的比例，向溶液中缓慢滴加正硅酸乙酯，水热反应1h后，按十六烷基三甲基溴化铵与（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷质量比为1:0.8-1:1的比例，加入（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷，水浴搅拌6h。（3）在室温条件下晶化3天，抽滤，洗涤至中性，得到前驱体，110℃干燥。（4）用乙醇溶液于80℃水浴条件下萃取回流前驱体6h，以除去模板剂，冷却，先水洗涤后乙醇洗涤，干燥，得到SH-MCM-41介孔材料。本专利技术所述的介孔材料在低浓度稀土离子富集回收中的应用，包括以下步骤：（1）将介孔材料研磨过筛。（2）稀土离子初始梯度浓度为50-500mg/L，介孔吸附剂用量为0.3-2g/L，调节溶液pH为2-6，溶液温度为25-55℃，吸附时间为10-180min。（3）将已吸附稀土离子的吸附剂烘干，先用少量去离子水洗涤，以除去表面的杂质离子。再用一定体积的2mol/L的稀盐酸溶液进行脱附，脱附时间为60min。本专利技术所述的稀土离子为轻稀土镧、中稀土钆或重稀土镱。吸附法在从低浓度废水中富集回收金属离子的过程中，因其操作简单、高效迅速、能耗较低等特点而有着独特的优势。含巯基官能团的偶联剂中的S可以和稀土离子形成配位作用，因此，本专利技术选择介孔MCM-41材料为母体，它具有较大的比表面积、均一可控的孔道结构和大量的易于修饰的羟基集团，可与巯基偶联剂通过后接枝法嫁接到一起，制备出一种新型的SH-MCM-41介孔材料。该介孔材料不溶于水且对稀土离子有良好的吸附性能。本专利技术所制备的新型介孔材料对稀土离子有较大的吸附容量，并且易解析，重复使用4次，对稀土离子仍然保持较高的吸附率。说明具有良好的循环再生性能。且对环境无污染，在低浓度稀土稀土离子的富集回收方面有潜在的应用价值。附图说明图1表示稀土离子初始浓度对吸附量影响的关系图图2表示不同pH值对吸附量影响的关系图。图3表示不同吸附剂用量对吸附量影响的关系图。图4表示吸附时间对吸附量影响的关系图。图5表示吸附剂的再生性能图。图6表示本专利技术材料的扫描电子显微镜图。图7表示本专利技术材料的透射电子显微镜图。图8表示本专利技术材料的X射线衍射图。具体实施方式本专利技术将通过以下实施例作进一步说明。实施例1。SH-MCM-41介孔材料的制备。（1）取1.2g的十六烷基三甲基溴化铵，于250ml的圆底烧瓶中，加入体积百分比为42.8%的氨水溶液，60℃水浴搅拌至十六烷基三甲基溴化铵完全溶解。（2）向溶液中缓慢滴加5ml正硅酸乙酯，水热反应1h后加入1ml（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷，水浴搅拌6h。（3）在室温条件下晶化3天，抽滤，洗涤至中性，得到前驱体，110℃干燥。（4）用乙醇溶液于80℃水浴条件下萃取回流前驱体6h，以除去模板剂，冷却，先水洗涤后乙醇洗涤，干燥，得到SH-MCM-41介孔材料。实施例2。用制备的SH-MCM-41吸附低浓度的La3+、Gd3+和Yb3+。（1）将干燥后的SH-MCM-41介孔材料研磨，过80目筛。（2）称取研磨过筛后的SH-MCM-4110mg，分别加入到含系列浓度的La3+、Gd3+和Yb3+的稀土溶液（50mg/L、100mg/L、150mg/L、200mg/L、250mg/L、300mg/L、350mg/L、400mg/L、450mg/L、500mg/L）中，在pH值为5，溶液温度为25℃条件下，振荡吸附60min。由图1可见，随La3+、Gd3+和Yb3+的初始质量浓度增大，吸附剂的吸附量也在随之而增大，当稀土离子初始质量浓度增大到一定值以后，吸附量变化平缓，吸附试验达到饱和。如图4所示在初始摩尔浓度为400mg/L时，其吸附量分别达到了最大值，吸附达到饱和，表现出优良的吸附性能。实施例3。用制备的SH-MCM-41吸附低浓度的La3+、Gd3+和Yb3+。（1）将干燥后的SH-MCM-41介孔材料研磨，过80目筛。（2）称取研磨过筛后的SH-MCM-4110mg，加入到30ml含La3+、Gd3+和Yb3+稀土离子的溶液中（稀土离子初始质量浓度均为250mg/L）中，在吸附温度为25℃、用稀盐酸溶液调节溶液pH值，振荡吸附60min。由图2可以看出当pH从2增加到5时，随pH的增高，SH-MCM-41吸附剂对稀土离子的吸附量逐渐增加；当pH值过高时，溶液中存在的大量OH-会使稀土离子以氢氧化物的形式沉淀出，从而大大降低了吸附率。因此，该实验条件下La3+和Yb3+的最佳pH值为5.0，Gd3+的最佳pH值为6.0。实施例4。用制备的SH-MCM-41吸附低浓度的La3+、Gd3+和Yb3+。（1）将干燥后的SH-MCM-41介孔材料研磨，过80目筛。（2）分别称取研磨过筛后的SH-MCM-4110mg、20mg、30mg、40mg、50mg，加入到30ml含La3+、Gd3+和Yb3+稀土离子的溶液中（稀土离子初始质量浓度均为250mg/L）中，在pH值为5，吸附温度为25℃条件下，振荡吸附60min。由图3可知，随SH-MCM-41吸附剂用量的增加，对稀土离子的吸附量减小，成反比关系。在本实验条件下，最佳的吸附剂用量为10mg。实施例5。用制备的SH-MCM-41吸附低浓度的La3+、Gd3+和Yb3+。（1）将干燥后的SH-MCM-41介孔材料研磨，过80目筛。（2）分别称取研磨过筛后的不同巯基含量的SH-MCM-4110mg，加入到30ml含La3+、Gd3+和Yb3+稀土离子的溶液中（稀土离子初始质量浓度均为250mg/L）中，在pH值为5，吸附温度为25℃条件下，振荡吸附60min。表1：接枝量对吸附效果的影响由表1可以看出，随着巯基含量的增加，吸附剂对稀土离子的吸附量先增加后减小，当巯基与MCM-41的摩尔比为1时，吸附量达到了最大值。实施例6。用制备的SH本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种介孔材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）按十六烷基三甲基溴化铵与水质量比为1:100‑1:130的比例，称取十六烷基三甲基溴化铵于250ml的圆底烧瓶中，加入体积百分比为40%‑47%的氨水溶液，60℃水浴搅拌至十六烷基三甲基溴化铵完全溶解；（2）按十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸乙酯质量比为1:4‑1:5的比例，向溶液中缓慢滴加正硅酸乙酯，水热反应1h后，按十六烷基三甲基溴化铵与（3‑巯基丙基）三甲氧基硅烷质量比为1:0.8‑1:1的比例，加入（3‑巯基丙基）三甲氧基硅烷，水浴搅拌6h；（3）在室温条件下晶化3天，抽滤，洗涤至中性，得到前驱体，110℃干燥；（4）用乙醇溶液于80℃水浴条件下萃取回流前驱体6h，以除去模板剂，冷却，先水洗涤后乙醇洗涤，干燥，得到SH‑MCM‑41介孔材料。
【技术特征摘要】
1.一种介孔材料的制备方法，其特征是包括以下步骤：（1）按十六烷基三甲基溴化铵与水质量比为1:100-1:130的比例，称取十六烷基三甲基溴化铵于250ml的圆底烧瓶中，加入体积百分比为40%-47%的氨水溶液，60℃水浴搅拌至十六烷基三甲基溴化铵完全溶解；（2）按十六烷基三甲基溴化铵与正硅酸乙酯质量比为1:4-1:5的比例，向溶液中缓慢滴加正硅酸乙酯，水热反应1h后，按十六烷基三甲基溴化铵与（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷质量比为1:0.8-1:1的比例，加入（3-巯基丙基）三甲氧基硅烷，水浴搅拌6h；（3）在室温条件下晶化3天，抽滤，洗涤至中性，得到前驱体，110℃干燥；（4）用乙醇...
【专利技术属性】
技术研发人员：黎先财，王英，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36
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