二氧化硅基硼螯合树脂的合成及吸附性能研究

摘要

盐湖卤水中含有丰富的硼资源，目前主要采用酸化沉淀法从卤水中获取硼酸产品，沉硼后卤水中仍含有低浓度的硼酸，不仅造成了硼资源的浪费，而且这部分硼酸的存在对后续工艺中锂镁产品的纯度产生影响。本文针对盐湖酸法提硼后卤水中低浓度的硼酸，分别采用两种合成路线制备二氧化硅负载葡甲胺硼特效螯合树脂。路线一采用“先接枝后改性”的方法，先使活化二氧化硅与3-氯丙基三甲氧基硅烷(CPTS)或3-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷(GPTMS)进行硅烷化反应，生成3-氯丙基三甲氧基硅烷化二氧化硅(SiCl)或3-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷化二氧化硅(S i-Epoxy)，然后在SiCl或Si-Epoxy表面负载葡甲胺(MG)官能团，分别生成螯合树脂Si-MG-1和Si-MG-2。路线二采用“先改性后接枝”的方法，先使葡甲胺与GPTMS反应，生成葡甲胺改性3-（2，3-环氧丙氧）丙基三甲氧基硅烷(MS)，再使MS通过硅烷化反应接载到活化二氧化硅表面，生成螯合树脂Si-MG。Si-MG经元素分析、FT-IR、X-射线光电子能谱和扫描电镜表征，表明二氧化硅表面成功引入了葡甲胺官能团，Si-MG的N元素含量为6.323％，MG官能团含量为4.30 mmol/g，远高于Si-MG-1和Si-MG-2。
　　 采用静态吸附法，从溶液pH、吸附动力学、等温吸附和离子强度等方面考察了Si-MG对硼酸的吸附性能，为Si-MG在卤水提硼工业中的应用提供基础数据。Si-MG对硼的吸附量随着溶液pH的增加而增加，在pH=9.3时达到最大吸附量，随后Si-MG对硼的吸附量随着溶液pH的增加而减小。Si-MG对硼酸的吸附达到平衡的时间约为30min，吸附动力学过程符合二级动力学反应模型，即化学反应为吸附速控步骤。等温吸附实验的结果表明，在实验条件下Si-MG对硼酸的最大吸附量为1.54 mmol/g，吸附过程符合Freundlich等温吸附模型，即被吸附物在吸附剂表面的吸附是不均匀的。溶液离子强度对吸附效果有影响，当硼酸溶液中锂离子和镁离子的浓度小于1.0 mol/L时，锂离子和镁离子的存在对Si-MG的吸附有促进作用。Si-MG表现出在卤水提硼中具有良好的应用前景。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 硼与硼酸

1．1．1 硼的性质

1．1．2 硼酸的性质

1．1．3 硼酸在水溶液中的形态

1．1．4 硼及其化合物的用途

1．2 硼的资源概况

1．3 从盐湖卤水中提取硼的方法

1．3．1 浮选法

1．3．2 酸化沉淀法

1．3．3 溶剂萃取法

1．3．4 分级结晶法

1．3．5 螯合吸附法

1．4 螯合树脂

1．4．1 概况

1．4．2 螯合树脂的基体

1．4．3 硼特效螯合树脂

1．5 本课题的提出及研究内容

1．5．1 课题意义

1．5．2 研究内容

第二章 二氧化硅负载葡甲胺螯合树脂的合成

2．1 引言

2．2 实验试剂及仪器设备

2．2．1 实验试剂

2．2．2 实验仪器设备

2．3 硼螯合树脂的合成

2．3．1 Si-MG-1的合成

2．3．2 Si-MG-2的合成

2．3．3 Si-MG的合成

2．4 产物的表征

2．4．1 元素分析(EA)

2．4．2 扫描电镜(SEM)

2．4．3 红外(FT-IR)

2．4．4 X-射线光电子能谱(XPS)

2．5 树脂对硼酸吸附量的测定

2．6 结果与讨论

2．6．1 溶剂对SiCl，Si-Epoxy与葡甲胺亲核取代反应的影响

2．6．2 接枝顺序对树脂官能团负载量和硼酸吸附量的影响

2．6．3 盐酸-乙醇溶液催化Si-MG合成硅烷化反应及其机理探讨

2．6．4 树脂的表征

2．7 本章小结

第三章 二氧化硅负载葡甲胺螯合树脂吸附性能的研究

3．1 引言

3．2 实验试剂及仪器设备

3．2．1 实验试剂

3．2．2 实验仪器设备

3．3 实验方法

3．3．1 卤水组成及硼测定方法

3．3．2 pH值吸附实验

3．3．3 吸附动力学实验

3．3．4 等温吸附实验

3．3．5 离子强度的影响

3．4 结果与讨论

3．4．1 树脂吸附量与溶液pH值的关系

3．4．2 吸附动力学

3．4．3 等温吸附

3．4．4 离子强度的影响

3．5 本章小结

第四章 结论

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间主要的研究成果