基于层层自组装表面离子印迹技术的铷的高效富集过程研究

Rubidium plays an irreplaceable role in defense, electronics, energy and other fields due to its unique physical and chemical properties. The total amount of rubidium is very huge in salt lakes of our country. However, due to the complexity of salt lake system, the high-efficient enrichment for rubidium has been one of the most difficult problems and gained more and more attention. The aim of this study is to combine layer by layer self-assemble technology and surface ion imprinted technology, and to adopt adsorption-crosslinking method to prepare a high performance adsorbent with high adsorption capacity, fast adsorption kinetics, and high selectivity for Rubidium enrichment. The polyelectrolyte is going to be modified by crown ethers and calixarenes derivatives; the modified graphene and carbon nanotubes will be prepared as substrate materials. The modified polyelectrolyte will be deposited on the substrate materials surface with different assemble methods, then layer by layer self-assemble process will be performed; at last, an imprinted process will be carried out combined with adsorption-crosslinking method, and the mechanism of the preparation process will be investigated in detail. The adsorption-desorption process mechanisms and the special recognition mechanism are also going to be studied systematically. An adsorption-desorption separation technology will be thus developed with the optimization of operation parameters based on the constructed mathematical model. It can be expected that independent intellectual property rights on a high-efficient Rubidium enrichment technique can be established, which can provide theoretical basis and technical support for the effective utilization of resource in salt lakes.

铷具有独特的物理化学性质，在国防、电子、能源、医学等领域有着不可替代的用途。虽然我国青海盐湖中含有大量的铷，但由于盐湖体系的复杂性，对其进行高效的提取富集一直是研究者们关注的热点和难点。本申请课题将层层自组装与表面离子印迹技术相结合，采用吸附再交联方式制备具有高选择性、高吸附量和快速吸附动力学的新型可控的层层自组装表面离子印迹吸附材料。通过设计合成的冠醚及杯芳烃衍生物对聚合电解质进行改性，以改性后具备较好组装能力的氧化石墨烯和碳纳米管复合材料为基体，采用不同的组装方式将改性的聚合电解质沉积到基体表面，进行层层自组装过程，结合吸附再交联方式进行印迹过程，探讨制备过程、吸附和解解吸过程、及特异性识别过程的机理，设计并建立吸附-解吸富集分离工艺，优化工艺参数，构建过程的传质模型，最终期望形成一项具有自主知识产权的高盐度体系中铷的高效提取方法，为盐湖资源的高效利用提供理论基础和技术支撑。

青海盐湖有丰富的锂、铷、铯等战略资源，其中铷在国防、能源、医学等领域有着不可替代的用途，但由于盐湖体系的复杂性，对其进行高效的提取富集一直是研究者们关注的热点和难点。本研究将层层自组装与离子印迹技术相结合制备具有高性能的层层自组装表面离子印迹吸附材料，进行盐湖体系中铷的高效富集提取的研究。主要开展了以下几方面工作：（1）层层自组装制备亚铁离子、铷离子印迹复合材料及其性能研究；（2）基于苯并12冠4醚制备Rb(I)印迹聚合物及其吸附性能研究；（3）基于18冠6醚制备Rb(I)印迹聚合物及其吸附性能研究；（4）基于18冠6醚的Rb(I)表面印迹聚合物的制备及其吸附性能研究；（5）基于碳纳米管的Rb(I)表面印迹聚合物的制备及其吸附性能的研究。.首先，本研究基于层层自组装和印迹技术合成制备了5种印迹聚合物，分别进行制备条件、吸附条件的优化以及吸附过程动力学模型的研究，同时考察Rb(I)印迹聚合物的重复利用性以及在不同体系中的吸附选择性。对比实验结果可知：（1）与苯并12冠4醚相比，以18冠6醚为选择性吸附配体，印迹聚合物具有更好的吸附性能，平衡时间为6min，最大吸附量为213.076 mg/g， 在二元体系Rb(I)/K(I)、Rb(I)/Na(I)、Rb(I)/Li(I)中的选择性系数分别为1.266、1.139、1.384；（2）表面印迹技术能够有效提高印迹聚合物的吸附选择性：以18冠6醚为配体通过表面印迹技术制备的印迹聚合物在二元体系Rb(I)/K(I)、Rb(I)/Na(I)、Rb(I)/Li(I)中的选择性系数分别为1.131、1.404、2.633；基于碳纳米管制备的Rb(I)印迹聚合物在二元体系Rb(I)/Na(I)、Rb(I)/Li(I)、Rb(I)/Mg(II)中的选择性系数分别为2.661、1.533、2.908；（3）吸附过程动力学研究表明印迹聚合物吸附过程主要为化学吸附，而吸附层数主要由印迹聚合物表面吸附位点的分散程度决定。 .共发表SCI收录论文22篇，申请和授权国家发明专利6项，参加国内外交流5次，培养博士研究生2名，硕士研究生6名。