中低内相乳液模板法多孔吸附剂的可控合成及其对铷、铯吸/脱附性能研究

In recent years, hydrogels with three-dimensional structured have received increasing interests for the removal of heavy metals and organic dyes from aqueous solution due to the advantage of fast adsorption rate, high adsorption capacity, easy separation and regeneration. But they are not yet available in the comprehensive utilization of salt lake resources, which recognized as one important part of mineral resources. This project is proposed to design a series of porous three-dimensional structured adsorbents with different pore size distribution via the middle internal phase emulsion template, which the natural oil as organic phase. On the basis of in-depth study for the formation of pores within the polymeric networks, different functional groups will be introduced into the porous three-dimensional structure to achieve the selective separation and enrichment of rubidium and cesium in simulated and actual brine solutions. The relationship between the distribution of pores as well as the functional groups and selective adsorption properties can be clarified. The adsorption/desorption performance of these scattered elements onto or from the hydrogel materials will be explored in detail. All the obtained results from this project will provide technical support for recovery and recycle of scattered elements in salt lakes.

近年来，多孔吸附材料因具有吸附速率快、吸附容量高、易分离、易再生等明显优势，在重金属和有机染料等治理方面引起研究者的广泛关注，但尚未在盐湖资源的开发利用方面得以应用。本项目利用中低内相乳液模板法辅助成孔方法，以天然油脂为有机相，通过构筑不同孔径的多孔结构，以盐湖资源中铷、铯为研究对象，通过分子设计，在多孔吸附剂中引入不同类型的吸附基团，实现对稀散元素铷、铯的选择性吸附。明晰水凝胶中孔隙的分布以及功能基团与盐湖稀散元素的选择性吸附之间的关系；探讨这些稀散离子在水凝胶吸附材料上的脱附行为；最终为实现盐湖中稀散元素的回收利用提供技术支撑。

铷、铯等战略稀散金属在诸多高新技术领域有非常广泛的用途，其提取和分离具有重要的科学和战略意义。目前吸附法被认为是从盐湖中分离提取较为经济和适宜的方法。但使用的粉状吸附材料存在流动性大，损耗率高，不容易进行回收再利用等诸多问题。因此，研制吸附性能优良的吸附材料，使其在共存碱金属的情况下，实现对铷、铯的选择性吸附具有非常重要的意义。近年来，多孔吸附材料因具有吸附速率快、吸附容量高、易分离、易再生等明显优势，在重金属和有机染料等治理方面引起研究者的广泛关注，但尚未在盐湖资源的开发利用方面得以应用。本项目利用中低内相乳液模板成孔技术，以天然油脂为有机相，纳米尺寸的黏土矿物凹凸棒石、蒙脱石协同微生物酵母、天然高分子壳聚糖为乳液稳定粒子，引入多种功能性单体成功构筑合成了系列对稀散金属Rb、Cs具有高吸附容量和高脱附性能的多孔吸附材料。通过乳液稳定、材料成型与吸附性能之间的关联性研究，明晰了吸附材料孔径分布以及功能基团种类与盐湖稀散元素的选择性吸附之间的关系；探讨了稀散离子在多孔吸附材料上的脱附行为；在上述研究工作基础上，我们进一步以天然花粉颗粒、纳米黏土矿物海泡石等稳定的水基泡沫为模板构筑得到系列具有多级孔结构的吸附材料，拓展研究了多孔材料对阳离子染料、抗生素等的高效去除性能。明确了吸附剂内部结构、本身特性与外界环境之间的相互作用关系；通过上述研究工作，最终提出了乳液/泡沫模板法形成多孔吸附剂的机理，揭示了多孔吸附剂对碱金属离子的吸附和脱附本质。该项目研究工作为设计和开发其他类型的吸附剂提供借鉴，最终为实现盐湖中稀散元素的回收利用提供技术支撑。