壳聚糖基吸附材料的制备及其对稀土金属离子的吸附性能研究

摘要

稀土金属因其具有优良的催化、光学、磁性等性能，被广泛应用于化学工程、核能、高温超导体制造等行业中。目前，稀土资源存在严重供应危机。因此，研究从废弃物中提纯稀土金属，成功实现再利用，对其未来可持续发展是十分有意义的。与沉淀法、液液萃取法等传统分离稀土金属的方法相比，吸附法具有实施过程简单快速、成本低廉、不造成二次污染等优点，是一种绿色可持续发展的处理回收方法。本文通过合成多功能单体并将其与壳聚糖基底材料进行结合，利用离子印迹技术，开发多种适用于稀土金属离子选择性吸附分离的新型绿色吸附材料。研究了所制备吸附剂的结构特征、化学组分、表面性质与其吸附性能的内在联系，深入探讨了吸附行为及吸附机理。 本论文的主要研究工作如下： （1）利用“表面沉淀-分步嫁接”法合成磁性吸附剂（FCCD）。Dy3+、Nd3+和Er3+作为代表性稀土金属离子研究对象，在室温下，pH为7.0时，FCCD对它们的吸附容量分别为28.3 mg/g、27.1 mg/g和30.6 mg/g。实验测得， FCCD的比表面积为20.86 m2/g，饱和磁值为63 emu/g。FCCD的内层由疏水的正十八基三乙氧基硅烷构成，可以有效地避免吸附剂在循环再生过程中发生磁泄漏。循环再生研究表明，以0.05 M HCl溶液为洗脱液时， FCCD具有很好的循环再生能力，优良的磁响应能力有利于FCCD的后续磁性回收分离。 （2）利用简单的溶液蒸发法和模板致孔技术，制备新型离子印迹大孔改性壳聚糖膜材料（II-MAC），并应用于选择性吸附Dy3+。实验结果表明，在25℃， pH为7.0时，II-MAC对Dy3+的吸附容量为23.3 mg/g，同时，II-MAC对Dy3+有很好的选择性吸附作用。此外， II-MAC 的膜结构有利于简化II-NAC的回收程序。循环再生研究表明，II-MAC具有良好的循环再生能力。这项工作不仅提供了更为直接，更为高效的选择性分离Dy3+的手段，更促进了绿色可持续吸附材料的发展进程。 （3）利用简单的一步聚合蒸发法制备一种新颖的 Gd3+印迹壳聚糖复合膜材料（II-CPNP），并应用于选择性吸附 Gd3+。实验结果表明，在室温下，pH为7.0时，II-CPNP对Gd3+的饱和吸附容量为23.0 mg/g。II-CPNP对Gd3+的分配系数（Kd）为353.1 mL/g。与其它吸附剂相比，II-CPNP不仅拥有较高的吸附容量，而且对Gd3+也具有较高的选择作用能力。II-CPNP具有柔韧的膜结构，有利于吸附剂的后续回收分离，避免产生较大的质量损失。循环再生研究表明，II-CPCP可以被循环使用，再生性能良好。不仅如此， II-CPNP是采用壳聚糖，羧基化碳纳米管等无公害材料，经过简单工序制备而成的。因此，II-CPNP是一种绿色环保，经济适用的吸附剂。

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