一種金離子的選擇性分離方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)屬于濕法冶金領(lǐng)域，提供一種金離子的選擇性分離方法，將Fe3O4/SiO2/cPPyTh磁性納米復(fù)合物加入到含金離子的水溶液中，室溫下充分?jǐn)嚢杌旌希欧蛛x，得吸附金離子的磁性納米復(fù)合物；再將所得吸附金離子的磁性納米復(fù)合物加入到硫脲和鹽酸的混合溶液中，室溫下攪拌洗脫磁性納米復(fù)合物表面吸附的金離子即可。單位平衡吸附量高，達(dá)816.3mg/g；分離效率高，5min之內(nèi)的吸附量達(dá)496.7mg/g；室溫條件下對金離子的吸附能夠自發(fā)進(jìn)行；在多種干擾離子(Mg2+、Cu2+、Zn2+、As5+、Cd2+和Pb2+)共存的情況下，相對于每一種干擾離子，F(xiàn)e3O4/SiO2/cPPyTh對金離子的平均吸附選擇性均高于4；重復(fù)利用性好，連續(xù)使用5次后，對金離子的吸附率/回收率達(dá)93.3％/92.3％。

【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)涉及一種金離子的選擇性分離方法，具體涉及一種磁性納米復(fù)合物對金離子的選擇性分離，屬于濕法冶金領(lǐng)域。
技術(shù)介紹
作為貴金屬之一，金被廣泛用于催化、電子、傳感、鋰電池及藥物等領(lǐng)域(Chem.Soc.Rev.41(2012)2740–2779.)；但是，在金的應(yīng)用過程中，以離子形式泄露到環(huán)境中的金物種，不僅會造成金資源的浪費(fèi)，也會對人類健康造成威脅(Biochem.Biophys.Res.Commun.397(2010)226–231.)。為了從含金工業(yè)廢水、電子垃圾以及冶金材料中回收金物種，人們發(fā)展了多種方法，如液-液萃取法、膜分離法、還原-沉淀法、離子交換法和固相萃取法等(J.Mater.Chem.A3(2015)1666–1674.)。其中，固相萃取特別是與磁分離相結(jié)合的固相萃取技術(shù)，以其簡單、快速、高效的優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于從溶液中分離、回收金物種。將固相萃取和磁分離相結(jié)合用于分離、回收金物種，不僅需要考慮磁性吸附劑的吸附性能，而且需要考慮其磁性能。此外，由于金離子的固相萃取通常是在酸性溶液中進(jìn)行的，還要考慮磁性吸附劑的耐酸性。為了提高吸附劑的吸附性能，目前文獻(xiàn)的普遍做法是，利用耦合化學(xué)反應(yīng)，使多齒配體與基底材料表面官能團(tuán)之間形成化學(xué)鍵，從而將配體固定于基底表面；利用配體多齒之間的螯合或協(xié)同作用，提高對金屬離子的吸附能力(Chem.Eng.J.226(2013)300–311；J.Ind.Eng.Chem.20(2014)379–390.)。CN104785212A公開了一種以生物質(zhì)廢棄物為原料經(jīng)過硫脲修飾，制備成生物質(zhì)吸附劑，用于從水溶液中高容量吸附并回收金的方法。其步驟為：用NaOH將生物質(zhì)廢棄物活化后，在NaIO4作用下將其選擇性氧化成帶有雙醛官能團(tuán)的生物質(zhì)廢棄物，再通過醛基與氨基硫脲中氨基的schiff反應(yīng)引入硫脲基團(tuán)，從而制備出硫脲修飾的生物質(zhì)吸附劑。將制得的生物質(zhì)吸附劑，以一定固液比加入到被吸附的金溶液中，振蕩一段時間后，固液分離，負(fù)載了金的生物質(zhì)吸附劑用酸性硫脲鹽酸溶液以解吸金，也可將負(fù)載高濃度金的生物質(zhì)吸附劑焙燒，生物質(zhì)吸附劑分解即得單質(zhì)金。CN104789774A公開了一種利用還原與吸附耦合選擇性回收水溶液中金的方法，將吸附劑按照一定的固液比加入到含金溶液中，并加入一定濃度的氨基酸還原劑，振蕩10min～48h后，固液分離，負(fù)載了金的吸附劑用硫脲鹽酸溶液洗脫實(shí)現(xiàn)金的完全解吸，解吸后的吸附劑用1M的NaOH再生后可實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用，也可將負(fù)載了金的吸附劑在400～600℃焙燒，吸附劑分解即得單質(zhì)金。但是，利用耦合化學(xué)反應(yīng)對吸附劑表面進(jìn)行化學(xué)修飾的做法，存在如下缺點(diǎn)：耦合化學(xué)反應(yīng)的時間較長，吸附材料的合成步驟繁瑣。常見的導(dǎo)電聚合物，如聚苯胺(PANI)、聚吡咯(PPy)和聚噻吩(PTh)，是一類含雜原子的聚合物；將其與Fe3O4復(fù)合制備的磁性復(fù)合材料，被廣泛用于金屬離子的吸附、分離(CN104324706A；Microchim Acta 181(2014)543–551；Chem.Eng.J.280(2015)197–205.)。然而，由單一導(dǎo)電聚合物與Fe3O4復(fù)合制備的磁性復(fù)合物，其表面主要含有一種雜原子，如N或S。表面含單一N或S官能團(tuán)的磁性吸附劑對金離子的單位吸附量并不高(一般不超過200mg/g)，而表面N,O-共存(Chem.Eng.J.283(2016)504–513)或N,S-共存的(Ind.Eng.Chem.Res.53(2014)2441-2448.)的吸附劑對金離子的單位吸附量相對較高。CN104324706A合成了一類表面含N的導(dǎo)電聚合物基磁性納米復(fù)合物(Fe3O4/PANI和Fe3O4/PPy)，并將之用于銀離子的選擇性吸附；但是，該類磁性納米復(fù)合物的耐酸性較差，這可能是由于導(dǎo)電聚合物對磁核包被不完全造成的，這限制了該類磁性納米復(fù)合物在酸性溶液中的應(yīng)用。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種金離子的選擇性分離方法；具體而言，提供一種利用磁性納米復(fù)合物對金離子的選擇性分離方法，將耐酸性好、表面含N含S的多殼式結(jié)構(gòu)的新型磁性納米復(fù)合物用于對金離子的選擇性分離。關(guān)于磁性吸附材料的磁性能，一般是希望材料在具有較高磁飽和值的前提下具有超順磁性，以使吸附劑在外加磁場作用下能夠快速從溶液中分離或重新均勻分散至溶液中(CN104324706A；Chem.Eng.J.280(2015)197–205.)。磁性吸附材料的磁性組分一般為四氧化三鐵(Fe3O4)，原因是Fe3O4磁響應(yīng)性高、價廉易得。為了防止Fe3O4在酸性溶液中溶解而降低磁性或影響磁性吸附劑的重復(fù)利用性，通常是采用耐酸蝕組分包覆磁性組分的方式將吸附劑做成磁性組分在內(nèi)、非磁性組分在外的核–殼式結(jié)構(gòu)。此外，吸附劑的比表面積是影響其吸附效果的關(guān)鍵因素，較大的比表面能夠提供較多的活性吸附位，這有利于金屬離子的吸附、分離(CN104324706A)。鑒于此，比較理想的金物種磁性吸附劑應(yīng)該具有如下特點(diǎn)：合成簡單、較高的磁響應(yīng)性、超順磁性、核–殼式結(jié)構(gòu)、較大的比表面積及含多種配位原子的功能化表面，上述特點(diǎn)不僅能夠保證磁性吸附劑對金物種具有較高的單位吸附量，而且有利于吸附劑從溶液中快速分離，提高對金離子的分離效率。然而到目前為止，具有上述特點(diǎn)的磁性吸附劑，文獻(xiàn)中鮮有報道。本專利技術(shù)提供一種金離子的選擇性分離方法，其特征在于：使用吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)包被Fe3O4/SiO2的磁性納米復(fù)合物Fe3O4/SiO2/cPPyTh。優(yōu)選的，所述吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)包被Fe3O4/SiO2的磁性納米復(fù)合物Fe3O4/SiO2/cPPyTh具有多殼式結(jié)構(gòu)、Fe3O4/SiO2分散在吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)基底上。優(yōu)選的，所述Fe3O4/SiO2/cPPyTh磁性納米復(fù)合物的XPS譜圖顯示其電子結(jié)合能：C 1s 284～292eV，N1s 399～402eV，O 1s 530～534eV，S 2p 163～169eV，Si 2p 101～106eV，F(xiàn)e 2p 706～726eV；紅外光譜特征峰為1564,1479,1206,932,618,575cm–1，其中1564,1479,1206,932,618對應(yīng)cPPyTh的特征吸收，575cm–1對應(yīng)Fe3O4的特征吸收。此外，二氧化硅的吸收峰在1097、967、468cm–1。室溫下Fe3O4/SiO2/cPPyTh的磁飽和值為19～25emu/g，剩磁為0.8～2.5emu/g，矯頑力為20～49Oe。Fe3O4晶核的平均尺寸為28～30nm。優(yōu)選的，所述磁性納米復(fù)合物中，cPPyTh的質(zhì)量與Fe3O4/SiO2的質(zhì)量比為(0.5～2):1；該范圍包括了歸屬于其中任何具體比值，例如0.5：1、0.7：1、0.9：1、1：1、1.2：1、1.4：1、1.5：1、1.6：1、1.8：1或2：1，也包括了這些具體點(diǎn)值中任何兩個點(diǎn)值所構(gòu)成的數(shù)值范圍。Fe3O4/SiO2中Fe3O4與SiO2的質(zhì)量比為(3～1.5):1。該范圍包括了歸屬于其中任何具體比值，例如3：1、2.8：1、2.5：1、2.2：1、2：1、1.8本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
一種金離子的選擇性分離方法，其特征在于：使用吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)包被Fe3O4/SiO2的磁性納米復(fù)合物Fe3O4/SiO2/cPPyTh。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種金離子的選擇性分離方法，其特征在于：使用吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)包被Fe3O4/SiO2的磁性納米復(fù)合物Fe3O4/SiO2/cPPyTh。2.如權(quán)利要求1所述的金離子的選擇性分離方法，其特征在于：所述吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)包被Fe3O4/SiO2的磁性納米復(fù)合物Fe3O4/SiO2/cPPyTh具有多殼式結(jié)構(gòu)、Fe3O4/SiO2分散在吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)基底上；所述Fe3O4/SiO2/cPPyTh磁性納米復(fù)合物的XPS譜圖顯示其電子結(jié)合能：C 1s 284～292eV，N1s 399～402eV，O 1s 530～534eV，S 2p 163～169eV，Si 2p 101～106eV，F(xiàn)e 2p 706～726eV；紅外光譜特征峰為1564,1479,1206,932,618,575cm–1，其中1564,1479,1206,932,618對應(yīng)cPPyTh的特征吸收，575cm–1對應(yīng)Fe3O4的特征吸收。此外，二氧化硅的吸收峰在1097、967、468cm–1。室溫下Fe3O4/SiO2/cPPyTh的磁飽和值為19～25emu/g，剩磁為0.8～2.5emu/g，矯頑力為20～49Oe。Fe3O4晶核的平均尺寸為28～30nm。3.如權(quán)利要求1或2所述的金離子的選擇性分離方法，其特征在于：所述磁性納米復(fù)合物中，cPPyTh的質(zhì)量與Fe3O4/SiO2的質(zhì)量比為(0.5～2)：1；Fe3O4/SiO2中Fe3O4與SiO2的質(zhì)量比為(3～1.5)：1；所述吡咯和噻吩共聚物(cPPyTh)，由吡咯與噻吩按照物質(zhì)的量之比為(0.5～2)：1共聚得到；吡咯和噻吩的質(zhì)量和與Fe3O4/SiO2的質(zhì)量比為(1～2):1；Fe3O4/SiO2中Fe3O4與SiO2的質(zhì)量比為(3～1.5):1；所述吡咯和噻吩共聚物，吡咯與噻吩的物質(zhì)的量之比為(0.5～2):1。4.如權(quán)利要求1～3任一項(xiàng)所述的磁性納米復(fù)合物對金離子的選擇性分離方法，包括下列步驟：(1)將磁性納米復(fù)合物加入到含金離子的水溶液中，室溫下充分?jǐn)嚢杌旌希欧蛛x，得吸附金離子的磁性納米復(fù)合物；(2)將步驟(1)中所得吸附金離子的磁性納米復(fù)合物加入到硫脲和鹽酸的混合溶液中，室溫下攪拌洗脫磁性納米復(fù)合物表面吸附的金離子，即可。5.如權(quán)利要求4所述的金離子的選擇性分離方法，其特征在于：所述步驟(1)中，磁性納米復(fù)合物的質(zhì)量與含金離子溶液的體積之比大于等于0.1g/L。優(yōu)選的，所述步驟(1)中，磁性納米復(fù)合物的質(zhì)量與含金離子溶液的體積之比為0.1～1.0g/L。更優(yōu)選的，磁性納米復(fù)合物的質(zhì)量與含金離子溶液的體積之比為0.2～0.8g/L。6.如權(quán)利要求4或5所述的金離子的選擇性分離方法，其特征在于：所述步驟(1)中，充分?jǐn)嚢钘l件為80～150r/min攪拌2～6h。7.如權(quán)利要求4～6任一項(xiàng)所述的金離子的選擇性分離方法，其特征在于：所述步驟(2)中硫脲和鹽酸的混合溶液，其中硫脲的濃度...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：班青，蓋利剛，
申請(專利權(quán))人：齊魯工業(yè)大學(xué)，
類型：發(fā)明
國別省市：山東;37