稀土分离用多级结构功能纳米纤维亲和膜设计与构筑

Calixarene is named the third generation supramolecular host compound after crown ether and cyclodextrin. In this project, we will use this functional group as rare earth ions absorbent in separations. With the appropriate induction method, via chemical modification or synthesis a novel functional polymer, combination with the electrospinning technique, we will obtain a functional nanofibrous affinity membrane with micro-nano structure which shows ultra high specific surface. The selectivity of calixarenes coordination with rare earth ions combine organically with ultra high specific surface of porous nanofiber membrane will increase the coordination of the guest (rare earth ions) and the host (calixarenes). So, the efficiency of absorption and separation will be increased. The analysis and characteristic of the microscopic structure of the functional film, induction efficiency of the function group and the analysis of cortex will be investigated. We will investigate deeply in the general rules on the varieties of micro structure in the functional affinity film and selective identification with different rare earth cations by designing and adjustment in multiple scales and functional structure. This study will have a great importance on increasing separation efficiency of the rare earth and protecting utilization development of the immense strategic resources, decreasing the pollution and protecting our environment.

本项目拟以被称为"第三代主体超分子化合物"的杯芳烃为稀土离子吸附的功能基团，化学改性或合成新型功能聚合物，通过合适的引入方法，结合静电纺丝技术，调控制备具有微纳结构的超高比表面的高性能功能纳米纤维亲和膜。将杯芳烃对稀土金属离子的配位选择性和纳米纤维多孔膜的超高比表面积有机结合，提高受体稀土金属离子与主体杯芳烃的配位性，从而将极大地提高了吸附分离效率。对功能纳米纤维亲和膜的微观形态结构进行分析表征，研究基团的引入效率以及皮层分布。通过纳米纤维亲和膜多尺度与功能化结构设计与调控，深入研究功能纳米纤维亲和膜微结构变化和对不同稀土金属阳离子选择性识别之间相互关系的普遍规律。该研究对于提高具有战略意义的稀土金属的分离效率及降低对环境的污染，保护这一战略资源的开发和利用及保护环境具有非常重要的意义。

日趋严重的环境污染问题已成为制约我国稀土产业发展的瓶颈，提高对稀土的分离效率，减少环境污染是我国当前稀土资源开发与利用的当务之急。本项目通过设计合成不同结构杯芳烃功能衍生物结合静电纺丝技术，并通过对纳米纤维显微结构和功能化的设计与调控，构筑具有微纳结构的多尺度功能纳米纤维亲和膜并用于稀土金属离子的富集与分离。在此本项目以杯芳烃为稀土离子吸附的功能基团，合成了系列杯芳烃衍生物，不同结构的杯芳烃活性受体基团经静电自组装的方式结合在静电纺纳米纤维表面，不同大小环的杯芳烃具有不同大小的空穴，能与不同大小的主体分子、离子形成配位化合物，可实现对稀土金属离子的高效富集和选择性分离；利用两相不相容聚合物在静电纺丝过程中发生微相分离，实现了对纳米纤维表面微纳粗糙度的构筑，增大比表面积；采用湿法静电纺-原位造孔法制备了高比表面积的多孔纳米纤维，后经化学接枝功能基团以增大吸附位点，实现了金属离子的高效富集回收；提出了构造全新概念的三维纤维水凝胶网络以充分利用纳米纤维内部的大量吸附位点的新技术，开发了功能纤维配位稀土金属离子复合体系的潜在光致发光性能，为获取高效可规模化制备的稀土分离用多级结构功能纳米纤维亲和膜提供研究基础。高效稀土分离用功能纳米纤维亲和膜研究对于提高稀土金属的分离效率及降低对环境的污染，保护这一战略资源的合理开发及保护环境具有非常重要的意义。