新型固相材料的制备及其钪钇吸附、锆铪分离研究
稀土元素具有特殊的电子结构，具有优异的物理、化学、磁、光、电学性能，被广泛地应用于国防、航天、冶金、化工、核技术等领域，但稀土元素性质相似，储存量少且分布不均与，并在矿物中共生，难以分离。传统的钪、钇提取技术以及锆铪分离工艺存在着严重的污染问题，工业应用受到限制，亟需开发环境友好型钪、钇提取和锆铪分离新技术。 固相萃取分离因高效、便捷且环境污染小等优点备受关注，因此设计制备吸附量大且选择性高的固相萃取剂对钪、钇提取和锆铪分离具有重要的现实意义。金属-有机骨架材料（MOFs）具有较高的比表面积、孔径可调以及后修饰调控等优点，使其在金属离子分离领域受到越来越多的关注，此外树枝状大分子外围含有大量的官能团、分子内存在空腔，容易实现对金属离子的包裹和吸附，对金属离子具有良好的螯合性能和分子识别性能，被认为是绿色环保的萃取剂。基于此，本文通过后修饰方法制备了UiO-66-NH2型MOFs和介孔二氧化硅负载PAMAM型树枝状大分子材料，并对这两类固相萃取剂进行了钪、钇提取和锆铪分离研究，主要内容包括以下几个方面： 1. 采用溶剂热法合成了UiO-66-NH2型MOFs，通过后修饰调控制备了水杨醛功能化修饰的新型MOFs材料（SA-UiO-66-NH2），通过离子交换制备了Eu3+@SA-Uio-66-NH2型MOFs，运用FT-IR、TGA、XRD对其结构进行了表征。 2. 研究了所制备的MOFs材料对钪、钇、锆、铪的吸附性能，探究了溶液pH值、吸附时间、不同温度以及溶液初始浓度等因素对吸附量的影响。在最优的实验条件下， UiO-66-NH2和SA-UiO-66-NH2对钪的最大的吸附量分别为18.54 mg/g和8.04 mg/g；对钇的最大吸附量分别为12 mg/g和25 mg/g。 在最优的实验条件下，SA-UiO-66-NH2对锆铪的最大吸附量分别为QZr=21.61 mg/g， QHf=1.44 mg/g，锆铪分离系数βZr/Hf=2.2；Eu3+@SA-Uio-66-NH2对锆铪的最大吸附量分别为QZr=12.56 mg/g，QHf=1.38mg/g，且此时βZr/Hf=2.3。 动力学分析结果表明UiO-66-NH2、SA-UiO-66-NH2和Eu3+@SA-Uio-66-NH2对Sc、Y、Zr和Hf的吸附均符合一级动力学吸附过程。 3. 通过发散合成法制备了PAMAM型树枝状大分子并将其负载到介孔二氧化硅表面，通过苯基磷酰二氯对其结构进行修饰制备了新型的吸附剂材料（P-G1-MSNs）。通过FT-IR、SEM、TGA对其结构进行了表征。 4. 研究了P-G1-MSNs材料对锆铪的吸附分离性能，探究了溶液pH、时间、温度、离子浓度等因素对吸附量的影响，结果表明在最优实验条件下，最大吸附量分别为QZr=25.74 mg/g、QHf=5.36 mg/g，此时βZr/Hf=0.56＜1，所制备的材料对铪具有优先选择性。动力学分析结果表明P-G1-MSNs对Zr和Hf的吸附符合一级动力学吸附过程，吸附行为符合Langmuir模型且为单分子吸附过程，热力学分析表明该吸附过程是自发的吸热吸附过程。
钪钇吸附;锆铪分离;MOFs材料;PAMAM大分子
安庆师范大学
硕士
物理化学
张元广
2019
中文
O647.3
2019-11-25（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）