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基本信息

項(xiàng)目名稱：
以玻璃纖維為支撐以棉花纖維為模板劑制作的多孔鈦酸鍶鋇整體富集柱
小類：
能源化工
簡(jiǎn)介：
利用玻璃纖維作為支撐骨架，用以提高整體柱的機(jī)械強(qiáng)度；以棉花纖維為模板劑，制備通透性孔道，增加比表面積。采用溶膠凝膠法制備復(fù)制了棉花纖維形貌的多孔管道的鈦酸鍶鋇復(fù)合整體柱。該富集柱富集能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度較高，能夠滿足現(xiàn)代分離富集的快速，高效，高通量，高富集因子的要求。
詳細(xì)介紹：
固相萃取以其具有操作簡(jiǎn)單、無(wú)污染、富集因子高、速度快以及便于與其它技術(shù)聯(lián)用等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)踐中廣泛應(yīng)用。 從固相萃取材料上看，常用的材料有樹脂、活性炭、離子印記螯合物、天然礦物材料、微生物材料等，但是這些材料中，有的富集因子較低、有的合成工藝和條件苛刻，操作復(fù)雜、有的所用試劑昂貴。隨著納米科技的發(fā)展，納米材料引起了人們的高度重視，納米鈦酸鹽等粉體材料已應(yīng)用于水中重金屬的吸附富集。與常用的固相萃取劑相比，納米鈦酸鹽等納米粉體，由于其具有特殊的表面性質(zhì)和極高的比表面積，對(duì)水中重金屬離子具有很強(qiáng)的吸附和富集能力，具有更快吸附速度，更廣的適用范圍，而且吸附容量大，化學(xué)穩(wěn)定性好，再生方法簡(jiǎn)單，是一種非常理想的重金屬吸附和富集材料。 從吸附和富集方式上看，常用序批法和富集柱法。由于序批法操作復(fù)雜，不利于自動(dòng)控制，實(shí)際中已很少使用。柱法以其操作簡(jiǎn)便，回收率高，重復(fù)性好，易于再生，可實(shí)現(xiàn)在線富集分離等優(yōu)點(diǎn)，已用于富集分離領(lǐng)域。目前使用最多的是填充柱法，但是，填充柱一般只適用于樹脂等大顆粒的吸附材料，而對(duì)于顆粒細(xì)小的納米鈦酸鹽等納米粉體材料而言，存在著粉體易流失，柱子阻力大等缺點(diǎn)，無(wú)法滿足快速，高效，高通量，高富集因子的要求。多孔整體柱本身具有相互貫通的微孔，具有良好的通透性，可以避免納米粉體填充柱的缺點(diǎn)。但是目前，能夠制成整體柱的只有硅膠柱等很少數(shù)的幾種，而且這些整體柱一般本身不具備吸附功能，只能作為載體柱，而且合成成本高，化學(xué)穩(wěn)定性較低。而將具備極佳吸附和富集性能的納米鈦酸鹽制成多孔整體柱，未見報(bào)道。但是，鈦酸鹽本身機(jī)械強(qiáng)度差，不能自身形成多孔柱。我們利用玻璃纖維作為支撐骨架，用以提高整體柱的機(jī)械強(qiáng)度；以棉花纖維為模板劑，制備通透性孔道，增加比表面積。采用溶膠凝膠法制備復(fù)制了棉花纖維形貌的多孔管道的鈦酸鍶鋇復(fù)合整體柱。該富集柱富集能力強(qiáng)，機(jī)械強(qiáng)度較高，能夠滿足現(xiàn)代分離富集的快速，高效，高通量，高富集因子的要求。

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

設(shè)計(jì)發(fā)明具有吸附能力強(qiáng)，富集因子高，穩(wěn)定，富集速度快，使用方便，適用范圍廣的多孔整體富集柱，用于重金屬富集分離。鈦酸鍶鋇對(duì)重金屬具有很強(qiáng)富集能力，化學(xué)穩(wěn)定性好。但是，鈦酸鹽本身機(jī)械強(qiáng)度差，不能自身形成多孔柱。采用溶膠凝膠法，以棉花為模板劑，增大比表面積，以玻璃纖維濾膜為支撐，增加機(jī)械強(qiáng)度。制作時(shí)，溶膠濃度、棉花用量和玻璃纖維濾膜面積對(duì)柱的性能有影響。使用時(shí)，介質(zhì)pH值5-7，富集因子達(dá)200。

科學(xué)性、先進(jìn)性

與一般的固相萃取劑相比，納米鈦酸鹽粉體具有特殊的表面性質(zhì)和極高的比表面積，對(duì)重金屬離子具有更強(qiáng)的吸附和富集能力，具有吸附容量大，化學(xué)穩(wěn)定性好，再生方法簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但納米鈦酸鹽粉體易流失，柱子阻力大。本發(fā)明利用玻璃纖維作為支撐骨架，用以提高整體柱的機(jī)械強(qiáng)度；以棉花纖維為模板劑，制備通透性孔道，并增加表面積。采用溶膠凝膠法制備鈦酸鍶鋇復(fù)合整體柱。能夠滿足現(xiàn)代分離富集的快速，高效，高通量，高富集因子的要求。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

實(shí)驗(yàn)室階段

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

圖片及樣品

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

將樣液以一定流速通過(guò)富集柱，其中的重金屬被吸附，再用洗脫液洗脫重金屬，實(shí)現(xiàn)富集。該柱富集能力強(qiáng)，性能穩(wěn)定，富集速度快，使用方便。本發(fā)明適用于環(huán)境、食品、化工和材料等領(lǐng)域的常見痕量重金屬的富集分離。商品化后，合成成本約為5元，銷售價(jià)格在20元以上，每個(gè)小柱可使用500次以上。使用者每次富集分離費(fèi)用不到4分，與常規(guī)富集方法相比，廉價(jià)，無(wú)污染，方便，具有很高經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

同類課題研究水平概述

在分析和監(jiān)測(cè)中，對(duì)于痕量和超痕量重金屬離子一般都需要富集分離后用儀器測(cè)定，傳統(tǒng)的富集分離方法主要有沉淀或共沉淀法、蒸發(fā)濃縮法、溶劑萃取法、離子交換法等，但這些方法大都操作復(fù)雜，耗時(shí)長(zhǎng)，污染嚴(yán)重，成本高，回收率低，測(cè)定精密度差等。吸附富集法（固相萃取法）是近年幾發(fā)展起來(lái)的方法，和傳統(tǒng)的方法相比，具有富集倍率高，適用于不同體積試樣，可封閉操作而避免引入污染物，吸附劑可以再生使用及易于實(shí)現(xiàn)在線分離等優(yōu)點(diǎn)，越來(lái)越受到重視。 目前，對(duì)于吸附富集法的研究主要集中在吸附劑和富集方法上。常用的吸附富集材料的種類很多，傳統(tǒng)的主要有活性氧化鋁、活性炭、樹脂以及泡沫塑料等。但普遍吸附效率不高，吸附速度較慢，成本高。近幾年來(lái)，人們合成或通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)吸附劑的改性開發(fā)出很多新型吸附材料，例如，玻璃纖維微柱、香煙過(guò)濾嘴、中孔分子篩P123-SH、乙二胺化學(xué)修飾活性炭、改性殼聚糖，螯合樹脂等。雖然在吸附能力和選擇性方面取得了一定的進(jìn)展，但是大都吸附達(dá)到平衡時(shí)間長(zhǎng)，吸附劑穩(wěn)定性差。隨著納米科技的發(fā)展，納米粉體成功應(yīng)用于富集分離領(lǐng)域，如二氧化鈦、納米氧化鋁和氧化鐵等金屬氧化物，但是納米粉體易團(tuán)聚失活，在水中不易沉降，回收困難，吸附容量有限，富集因子低，無(wú)法在實(shí)際中應(yīng)用。納米鈦酸鍶鋇與單純的納米TiO2等金屬氧化物相比，納米鈦酸鍶鋇粉體由于引入了鋇、鍶等堿土金屬，對(duì)水中重金屬離子有更強(qiáng)的吸附能力。但是，與TiO2等納米粉體吸附材料一樣，納米鈦酸鍶鋇粉體也存在著易團(tuán)聚失活，在水中不易沉降，易流失等缺點(diǎn)，限制其在實(shí)際中的應(yīng)用。而將納米鈦酸鹽制成多孔整體富集柱，未見報(bào)道。在富集操作方法上，最原始的方法是采用振蕩吸附，離心或過(guò)濾分離吸附劑，再洗脫吸附質(zhì)，實(shí)現(xiàn)富集分離。該法儀器設(shè)備簡(jiǎn)單，但操作復(fù)雜，回收率不穩(wěn)定。近幾年普遍采用流動(dòng)注射在線富集，方法快速，重現(xiàn)性好，但是需要較昂貴的儀器。本文利用了溶膠凝膠法，制備了以玻璃濾膜作支撐以棉花纖維為模板劑的納米鈦酸鍶鋇多孔富集柱。利用了納米鈦酸鍶鋇對(duì)重金屬離子強(qiáng)的富集性能，避免了納米粉體吸附劑，易流失，不易回收，通透性差的問(wèn)題；將其制成模版后，解決了振蕩吸附法操作復(fù)雜，回收率不穩(wěn)定的問(wèn)題，同時(shí)該裝置廉價(jià)，操作簡(jiǎn)單方便，適合廣泛推廣。
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