现代化工

现代化工 ›› 2026, Vol. 46 ›› Issue (S2) : 168-176. DOI: 10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S2.029

科研与开发

β-CD星形接枝偕胺肟聚合物吸附剂对镓的选择吸附性能研究

邓敏 ¹ ,
张典 ¹ ,
胡斐然 ² ,
程玉强 ¹ ,
祁俊生 ¹^,²^,^* ,
胡绪则 ¹

作者信息 +

Study on selective adsorption performance of β-CD star-grafted amidoxime polymer adsorbent for gallium

DENG Min ¹ ,
ZHANG Dian ¹ ,
HU Fei-ran ² ,
CHENG Yu-qiang ¹ ,
QI Jun-sheng ¹^,²^,^* ,
HU Xu-ze ¹

Author information +

文章历史 +

Received		Published
2026-04-02		2026-10-31
Issue Date	Revised Date
2026-10-21	2026-04-02

PDF (5857K)

摘要

以β-环糊精(β-CD)为基体,经接枝共聚-偕胺肟化两步法制备了β-环糊精星形接枝偕胺肟聚合物吸附剂(β-CD-PAO)。通过扫描电子显微镜(SEM)、BET比表面积分析、热重-差热分析(TG)、傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱(XPS)等手段表征其理化结构,系统考察了β-CD-PAO对镓离子Ga(Ⅲ)的吸附行为和选择性,并验证了其在实际拜耳母液应用效果及循环再生性能。结果表明,β-CD-PAO具有良好的孔结构与热稳定性,对Ga(Ⅲ)具有高选择性,在拜耳母液60℃工况下,最快6 min即可达到吸附平衡,饱和吸附容量最高达33.1 mg/g;以0.1 mol/L硝酸为解吸剂,经5次吸附-解吸循环后,吸附容量保留率仍超81%。吸附过程符合准二级动力学模型与Langmuir等温模型,为自发进行的吸热配位螯合过程,可为镓的高效分离回收提供了新选择。

Abstract

In this study,using β-cyclodextrin (β-CD) as the matrix,a star-shaped β-cyclodextrin grafted amidoxime polymer adsorbent (β-CD-PAO) was synthesized via a two-step method of graft copolymerization and amidoximation.The physicochemical structure of the adsorbent was characterized by scanning electron microscopy (SEM),Brunauer-Emmett-Teller (BET) method,thermogravimetric (TG) analysis,Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR) and X-ray photoelectron spectroscopy (XPS).The adsorption behavior and selectivity of β-CD-PAO toward gallium ions [Ga(Ⅲ)] were systematically investigated,and its practical application performance in real Bayer mother liquor as well as cyclic regeneration performance were verified.The results show that β-CD-PAO possesses a favorable pore structure and thermal stability,as well as high selectivity toward Ga(Ⅲ).Under the working conditions of Bayer mother liquor at 60℃,the adsorption equilibrium can be reached within as short as 6 min,with a maximum saturated adsorption capacity of 33.1 mg/g.Using 0.1 mol/L nitric acid as the desorbent,the adsorbent still maintained an adsorption capacity retention rate of over 81% after 5 consecutive adsorption-desorption cycles.The adsorption process conforms well to the pseudo-second-order kinetic model and Langmuir isotherm model,which is a spontaneous and endothermic coordination chelation process.This adsorbent provides a new alternative for the efficient separation and recovery of gallium.

Graphical abstract

关键词

β-环糊精 / 偕胺肟 / 吸附 / 镓

Key words

β-cyclodextrin / amidoxime / adsorption / gallium

引用本文

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邓敏,张典,胡斐然,程玉强,祁俊生,胡绪则. β-CD星形接枝偕胺肟聚合物吸附剂对镓的选择吸附性能研究[J]. 现代化工, 2026, 46(S2): 168-176 DOI:10.16606/j.cnki.issn0253-4320.2026.S2.029

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镓是一种稀散金属,被誉为半导体工业的粮食,是新一代半导体、光电子器件、太阳能电池及航空航天技术的核心支撑材料^[1-2]。全球约90%的镓产自氧化铝工业中间产物—拜耳母液^[3-4]。然而,拜耳母液具有强碱性(NaOH浓度150~200 g/L)、高铝浓度(Al³⁺>100 g/L)、镓浓度极低(通常仅0.1~0.2 g/L)的特点,导致镓的选择性提取极为困难^[5]。我国作为全球最大的氧化铝生产国,每年因拜耳母液中镓未充分回收造成的资源损失价值数十亿元^[6]。因此,开发高效、高选择性、低成本的拜耳母液镓回收技术,对于保障我国关键金属资源安全、提升氧化铝产业附加值具有重大战略意义^[7]。

偕胺肟树脂离子交换技术是当前镓回收的主流技术^[8]。其主要是利用偕胺肟基团[—C(NH₂)=N—OH]中的氨基和肟基可与Ga³⁺形成稳定的五元环螯合物,是目前拜耳母液镓回收的首选功能基团^[9]。工业上广泛应用的LSC-600型偕胺肟树脂,对拜耳母液中镓的吸附率可达93.37%,饱和吸附容量约为9.4 g/L(约合9~14 mg/g干树脂)。然而,现有偕胺肟树脂存在3大核心瓶颈:其一,吸附容量有限,常规产品饱和吸附量仅5~13 mg/g;其二,活性位点利用率低,传统线性聚合物链易发生链间缠绕与团聚,大量偕胺肟基团被包埋于树脂内部无法参与吸附;其三,树脂骨架为交联聚苯乙烯或聚丙烯腈,不可生物降解,废弃后造成二次污染^[10-11]。

近年来,学术界围绕提高偕胺肟材料镓吸附性能开展了多项创新探索。郑州大学团队通过金属有机框架材料(MOFs)材料的原位偕胺肟工程化,在拜耳液体系中实现了205.13 mg/g的镓吸附量,较同类材料提升近一个数量级^[12]。然而,MOFs材料的成本较高、稳定性不足,离工业应用尚有距离^[13-14]。在机理研究方面,研究者通过密度泛函理论(DFT)计算和X射线光电子能谱(XPS)表征证实,偕胺肟基团通过N/O双配体协同配位与Ga³⁺形成强相互作用^[15]。上述研究表明,提高偕胺肟基团的可及性与配位效率是提升镓吸附性能的关键突破口。因此,偕胺肟基镓吸附材料的发展呈现3大趋势:从线性聚合物向星形、树枝状等拓扑结构演变,以提高活性位点暴露率;引入第二功能基团(如羟基)构建协同配位体系,增强对镓的选择性识别能力;向绿色可降解材料转型,降低环境负担。

本文提出以环糊精为分子核,构建星形分子结构的偕胺肟接枝聚合物。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线光电子能谱(XPS)、傅里叶红外光谱(FT-IR)和BET比表面系统表征其微观结构与表面化学特性。结合吸附动力学、吸附等温模型探究环糊精偕胺肟接枝聚合物对镓的选择性吸附机制。为拜耳母液中镓的资源化回收提供理论依据与材料支持。

1 材料与仪器

1.1 实验材料

氢氧化钠(NaOH),硝酸铈铵[Ce(NH₄)₂(NO₃)₆],无水碳酸钠(Na₂CO₃),盐酸羟胺(NH₂OH·HCl),β-环糊精(C₄₂H₇₀O₃₅),环氧氯丙烷(C₃H₅ClO),丙烯腈(C₃H₃N),无水乙醇(C₂H₅OH),三氧化二镓(Ga₂O₃),硝酸(HNO₃),盐酸(HCl),硫酸(H₂SO₄),五氧化二钒(V₂O₅),硝酸铝(AlH₁₈N₃O₁₈)均为分析纯,购于重庆川东化工(集团)有限公司。

1.2 实验仪器

102ZWYR-C2102智能型振荡培养箱,上海智城分析仪器制造有限公司;LSC-20H离心机,常州峥嵘仪器有限公司;Voptima 7000 DV电感耦合等离子体光谱发射仪,珀金埃尔默公司;Irprestige-21傅里叶变换红外光谱仪(FT-IR),岛津公司;STA449F5热重分析仪(TGA),岛津公司;SEM5000场发射扫描电子显微镜(SEM),国仪量子;BELSORP MAX全自动比表面积及孔隙分析仪(BET),麦奇克拜尔;Thermo Scientific K-Alpha X射线光电子能谱分析(XPS),美国赛默飞世尔科技公司。

2 实验方法

2.1 β-环糊精接枝偕胺肟聚合物吸附剂(β-CD-PAO)的制备

先将1 g β-环糊精溶于20 mL超纯水,置于三颈烧瓶中50℃水浴搅拌至澄清,通高纯氮气排除空气,冷却至室温后加装冷凝回流管,加入0.5 mL丙烯腈搅拌15 min混匀,再加入0.03 g硝酸铈铵,室温氮气保护下反应2 h,产物经减压抽滤、超纯水与无水乙醇反复洗涤除杂后,60℃真空干燥至恒重,得到β-环糊精接枝聚丙烯腈聚合物(β-CD-PAN);随后,向三颈烧瓶中加入100 mL纯水、4 g盐酸羟胺和2.6 g无水碳酸钠调节pH=7,加入2.5 g β-CD-PAN,75℃水浴反应3 h,产物经洗涤、干燥后得到 β-环糊精接枝偕胺肟聚合物(β-CD-PAO)(图1)。

2.2 吸附实验方法

2.2.1 选择性吸附实验

固定β-CD-PAO用量(50 mg)、待吸附溶液体积(20 mL)、镓铝钒离子初始浓度(100 mg/L)、吸附温度(40℃)和吸附时间(8 h)的条件下,开展吸附实验。

2.2.2 吸附性能评价实验

采用单因素变量法考察不同条件对β-CD-PAO吸附Ga(Ⅲ)性能的影响,基础实验体系为:以含Ga(Ⅲ)的溶液为处理对象,固定溶液体积为 10 mL,置于50 mL具塞锥形瓶中,加入10 mg β-CD-PAO吸附剂,密封后置于恒温振荡培养箱中,以80 r/min的转速恒温振荡至吸附平衡。

分别考察溶液初始pH(2、3、12、13、13.7)、吸附温度(40、50、60℃)、吸附时间(1~10 min)、Ga(Ⅲ)初始浓度(200~1 000 mg/L)、吸附剂投加量(6~14 mg)对吸附性能的影响,吸附平衡后取样,测定溶液中剩余Ga(Ⅲ)浓度,按式(1)、式(2)分别计算吸附剂对Ga(Ⅲ)的平衡吸附容量Q与吸附率E。

(1)$Q=\left(C_{0}-C_{e}\right) V / m$

式中,C₀为金属离子的初始浓度,μg/mL;C_e为平衡时金属离子的浓度,μg/mL;V为所加溶液的体积,mL;m为所加吸附剂质量,mg。

(2)$E=\left[\left(C_{0}-C_{\mathrm{e}}\right) / C_{0}\right] \times 100 \%$

式中,C₀为金属离子的初始浓度,μg/mL;C_e为平衡时金属离子的浓度,μg/mL。

2.3 解吸实验

取吸附Ga(Ⅲ)达到饱和的β-CD-PAO,用超纯水反复洗涤3次,60℃真空干燥至恒重。分别称取50 mg上述饱和吸附剂,置于50 mL锥形瓶中,分别加入10 mL不同的解吸剂:0.1、0.5、1.0 mol/L的盐酸、硫酸、硝酸溶液,密封后置于40℃恒温振荡培养箱中,80 r/min振荡2 h。解吸反应结束后,取样测定解吸液中Ga(Ⅲ)的浓度,按式(3)计算解吸率R,筛选最优解吸剂体系。

(3)$R=\left[C_{1} V_{1} /(Q \cdot m)\right] \times 100 \%$

式中,C₁为解吸液中金属离子的浓度,μg/mL;V₁为解吸液体积,mL;Q为单位质量吸附剂对金属离子的吸附量mg/g;m为吸附剂的质量,mg。

2.4 循环使用性能

0.1 mol/L HNO₃作为解吸剂再生β-CD-PAO,在40℃、80 r/min条件下振荡2 h进行解吸,进行5个再生循环。

2.5 金属离子浓度的测定

采用PerkinElmer公司Avio 200系列电感耦合等离子体光谱发射仪测定。步骤如下:吸附实验后的上清液或解吸液,用体积分数5%的硝酸溶液按适当倍数稀释,确保待测元素浓度落于校准曲线的线性范围内;稀释后的溶液经0.45 μm水系聚醚砜针头过滤器过滤,取澄清滤液置于样品管中待测,所有样品均设置3组平行样,测试结果取平均值。

3 结果与讨论

3.1 β-CD-PAO吸附剂的表征分析

3.1.1 SEM分析

β-CD-PAO的扫描电子显微镜(SEM)如图2所示,β-CD-PAO呈疏松多孔的结构;低倍下可见连续贯通大孔道,高倍下表面粗糙,纳米颗粒团聚形成丰富凹凸结构与介孔间隙,这些孔隙结构有利于吸附性能提升。

3.1.2 BET和TGA分析

图3(a)和表1表明,β-CD-PAO的比表面积约为7.3 m²/g,总孔体积为0.17 cm³/g,平均孔径为95.2 nm,属于典型的大孔材料。图3(b)TG曲线显示,β-CD-PAO热降解分4阶段,其中160℃以下仅为水分挥发,无功能基团降解,具备优异热稳定性,可满足拜耳母液提镓工况要求^[11]。

3.2 β-CD-PAO选择吸附性能研究

通过在等浓度镓、铝、钒离子共存的竞争吸附环境中,探究β-CD-PAO的选择性吸附性能。如图4所示,β-CD-PAO对镓离子的吸附率高达93%,而对于铝离子的吸附率仅为7%,对钒离子的吸附率也仅维持在15%,其对镓的吸附率分别是铝离子的13倍以上、钒离子的6倍以上。这表明β-CD-PAO有优异的选择性吸附能力。

3.3 β-CD-PAO对模拟碱性溶液中Ga(Ⅲ)吸附性能的影响因素分析

3.3.1 投加量

如图5(a)所示,随着β-CD-PAO投加量从14 mg降至10 mg,吸附容量由59 mg/g升至71 mg/g,进一步降至6 mg时,吸附容量变化不大(72 mg/g),其原因是投加量过高易导致颗粒团聚、活性位点包裹,且单位质量吸附剂可结合的Ga(Ⅲ)数量受限,从而降低吸附容量。

3.3.2 Ga(Ⅲ)初始浓度

如图5(b)所示,Ga(Ⅲ)初始浓度从200 mg/L升至1000 mg/L时,吸附容量由约60 mg/g升至近120 mg/g,高浓度时固液浓度梯度增大,推动 Ga(Ⅲ)与更多活性位点结合。

3.3.3 吸附温度和时间

如图5(c)所示,β-CD-PAO具有超快的吸附速度,能在极短时间达到吸附平衡,且吸附容量随温度升高而提升,60℃条件下最快5 min即可达到吸附平衡,吸附容量达76 mg/g,因为温度升高可促使聚合物网络发生膨胀,进而使吸附剂孔径得以增大,Ga(Ⅲ)能够更顺畅地通过孔道^[16]。

3.3.4 pH

如图5(d)所示,pH对吸附性能影响显著。酸性条件下,pH=2时吸附容量仅41 mg/g,镓离子形态为Ga³⁺,β-CD-PAO的偕胺肟质子化带正电荷,两者互相排斥^[17]。pH=12时吸附容量达最大值(约101 mg/g),因中性至弱碱性环境中偕胺肟基团去质子化,N、O原子孤对电子暴露,配位作用增强^[18]。强碱性区间(pH 13~13.7)吸附容量有所下降,但pH=13.7时仍达71 mg/g,表明β-CD-PAO具备优异的强碱性耐受性,可适配拜耳母液工业工况。

3.4 β-CD-PAO对实际拜耳母液中Ga(Ⅲ)吸附性能的影响因素分析

3.4.1 投加量

如图6(a)所示,随着β-CD-PAO投加量从 14 mg降至10 mg,吸附容量由25 mg/g升至31.5 mg/g,进一步降至6 mg时,吸附容量稍微增加(32 mg/g),其原因与3.3.1部分结论一致。

3.4.2 吸附温度和时间

如图6(b)所示,β-CD-PAO在拜耳母液中也显现超快的吸附速度,在极短时间达到吸附平衡,且吸附容量随温度升高而提升,60℃条件下最快6 min即可达到吸附平衡,吸附容量达33.1 mg/g。实验结果表明,β-CD-PAO在拜耳母液工业常用的40~60℃工况下,可实现对Ga(Ⅲ)的快速高效吸附,能满足实际工业提镓的应用要求。

3.5 吸附机理研究

3.5.1 吸附动力学

用准一级动力学方程(4)、准二级动力学方程(5)进行线性拟合回归分析。

(4)$\ln \left(Q_{e}-Q_{\iota}\right)=\ln Q_{e}-k_{1} t$

式中,Q_e为吸附平衡时吸附材料中金属离子的吸附容量,mg/g;Q_t为t时刻吸附材料中金属离子的吸附容量,mg/g;k₁为准一级吸附速率常数,min^-1;t为反应时间,min。

(5)$t / Q_{t}=1 / k_{2} Q_{e}^{2}+t / Q_{e}$

式中,Q_t为t时刻吸附材料中金属离子的吸附容量,mg/g;Q_e为吸附平衡时吸附材料中金属离子的吸附容量,mg/g;K₂为准二级吸附速率常数,min^-1;t为反应时间,min。

拟合结果如下:由图7和表2数据可知,准一级动力学模型拟合的饱和吸附容量与实验数据偏差较大,因此该模型不适用于描述实验初始阶段。相比之下,准二级动力学模型拟合R²=0.99(接近1),拟合数据与实验数据吻合度高,可较好地描述β-CD-PAO对Ga(Ⅲ)的吸附过程。

3.5.2 吸附等温线

采用Langmuir(6)与Freundlich(7)两种经典吸附等温线线性模型,对β-CD-PAO的吸附实验数据进行拟合分析。

(6)$C_{\mathrm{e}} / Q_{\mathrm{e}}=1 / K_{\mathrm{L}} Q_{\mathrm{m}}+C_{\mathrm{e}} / Q_{\mathrm{m}}$

式中,C_e为平衡时溶液中Ga(Ⅲ)离子的浓度,mg/L;Q_e为吸附平衡时偕胺肟材料中Ga(Ⅲ)离子的吸附容量,mg/g;K_L为Langmuir模型平衡常数,L/mg;Q_m为理论单层饱和吸附容量,mg/g。

(7)$\ln Q_{\mathrm{e}}=\ln k_{\mathrm{F}}+1 / n \ln C_{\mathrm{e}}$

式中,Q_e为吸附平衡时材料中Ga(Ⅲ)离子的吸附容量,mg/g;K_F为Freundlich模型平衡常数,大致表征吸附容量,mg/g;1/n为为异质性因子,反映吸附强度与表面不均匀性;C_e为平衡时溶液中Ga(Ⅲ)离子的浓度,mg/L。

结果见图8和表3。由图和表可知Langmuir模型比Freundlich模型更好的模拟β-CD-PAO对镓的吸附情况,Langmuir模型的R²更接近1,同时线性回归得到的吸附容量更加接近实验所得的数据。在温度为60、50℃和40℃时,β-CD-PAO对镓的饱和吸附量分别为136.5、136.7 mg/g和137.1 mg/g,说明温度升高时β-CD-PAO对镓的吸附量会增加,且吸附反应过程是吸热反应^[19]。

3.5.3 吸附热力学

采用公式(8)与Van’t Hoff方程式(9)进行热力学分析,对β-CD-PAO的吸附实验数据进行拟合分析。

(8)$\Delta G=-R T \ln K_{\mathrm{d}}$

式中,R为通用气体常数,8.314 J/(mol·K);T为绝对温度,K;K_d为吸附分配系数;ΔG为吉布斯自由能,kJ/mol。

(9)$\ln K_{\mathrm{d}}=-\Delta H / R T+\Delta S / R$

式中,K_d为吸附分配系数;R为通用气体常数,8.314 J/(mol·K);T为反应温度,K;ΔH为焓变,kJ/mol;ΔS为熵变,J/(mol·K)。

图9和表4为吸附热力学由图和表可知:ΔG的数值均小于零,表明β-CD-PAO对的Ga(Ⅲ)的吸附过程是自发进行的,ΔG随温度的变化规律呈负相关。而ΔH的数值为8.69 kJ/mol,数值为正,表明β-CD-PAO吸附溶液中的Ga(Ⅲ)的过程是吸热反应。ΔS大于零,说明吸附后系统开始变得更加混乱。

3.5.4 FT-IR分析

图10为β-CD-PAO吸附前后FT-IR图,如图所示:吸附前,材料在3 440 cm^-1、1 650、929 cm^-1处呈现β-环糊精羟基、偕胺肟—C=N—与N—O键的特征吸收峰,证明吸附剂的成功构建。吸附Ga(Ⅲ)后,3 440 cm^-1处羟基峰强度显著减弱,1 650 cm^-1与929 cm^-1处偕胺肟特征峰强度下降、峰位偏移,证明N、O活性位点参与配位反应,579 cm^-1处新增Ga—O配位键特征峰,证明Ga(Ⅲ)被吸附。

3.5.5 XPS分析

图11(a)为β-CD-PAO吸附前后的XPS全谱图,谱图中可清晰观察到Ga 2p、Ga 3d、N 1s、O 1s和C 1s的结合峰,Ga 2p和Ga 3d为新增Ga元素的特征峰,直接证明Ga(Ⅲ)被成功吸附。

图11(b)为β-CD-PAO吸附前后的O 1s高分辨XPS谱显示,吸附前可拟合为3个特征峰:531.8 eV处的C=N—O峰、532.5 eV处的C—O峰、533.1 eV处的O—H峰。在吸附Ga(Ⅲ)后,在530.9 eV处新增O—Ga特征峰,同时C=N—O与O—H特征峰均向高结合能方向偏移。

图11(c)为β-CD-PAO吸附前后的N 1s高分辨XPS谱显示,吸附前可拟合为3个特征峰:398.7 eV处的C—N峰、399.8 eV处的C=N峰、400.9 eV处的N—H峰。在吸附Ga(Ⅲ)后,在400.5 eV处新增N—Ga特征峰,并且原有C—N、C=N、N—H特征峰均向高结合能方向发生偏移。

图11(d)为β-CD-PAO-Ga的Ga 3d高分辨XPS谱显示,出现了Ga 3d_3/2,Ga 3d_5/2以及O 2s的谱峰。图11(e)为β-CD-PAO-Ga的Ga 2p高分辨XPS谱显示,出现了分别位于1117.8 eV的Ga 2p_3/2和1144.7 eV的Ga 2p_1/2的谱峰。综上所述,β-CD-PAO对Ga(Ⅲ)的吸附为配位螯合机理:偕胺肟基团的氨基N、肟基亚胺N为核心配位位点,以偕胺肟肟基O、β-环糊精骨架活性羟基O为辅助配位位点,Ga(Ⅲ)作为中心离子,与上述N、O配位原子形成稳定的五元螯合环结构,实现对Ga(Ⅲ)的特异性识别与富集^[12]。

3.6 β-CD-PAO的解吸性能

采用HCl、H₂SO₄、HNO₃ 3种解吸剂,评价β-CD-PAO对Ga(Ⅲ)的解吸性能,结果如图12所示。3种酸均能有效解吸Ga(Ⅲ),解吸效果呈现“HNO₃>H₂SO₄>HCl”的规律,且解吸率均随酸浓度升高而下降。0.1 mol/L低浓度条件下,3种酸解吸率达峰值,其中0.1 mol/L HNO₃解吸效果最优,解吸率可达95%,优于同浓度下的H₂SO₄与HCl。当酸浓度升高至0.5、1 mol/L时,解吸率明显下降,其原因是酸浓度过高时,Ga(Ⅲ)与溶液中H₃O⁺竞争活性位点,导致解吸效果减弱^[20]。结果表明,0.1 mol/L HNO₃为最优解吸剂。

3.7 β-CD-PAO的循环使用性能

以0.1 mol/L HNO₃为解吸剂,对吸附Ga(Ⅲ)饱和的β-CD-PAO进行连续吸附-解吸循环实验,考察β-CD-PAO在实际拜耳母液体系中的循环使用性能,结果如图13所示。随着循环次数增加,β-CD-PAO对Ga(Ⅲ)的吸附容量缓慢下降但无显著衰减,完成5次循环后,吸附容量仍达25.6 mg/g,保留率超81%,表明β-CD-PAO在实际拜耳母液体系中具有良好的循环使用性能。

4 结论

本研究针对拜耳母液强碱性复杂体系中镓选择性分离难度大、传统吸附材料选择性不足、吸附速率慢的行业痛点,以β-环糊精为基体,通过接枝共聚-偕胺肟化两步法制备了β-CD-PAO,系统考察了其对Ga(Ⅲ)的吸附性能、作用机理及实际拜耳母液应用潜力,并通过SEM、BET、TG、FT-IR、XPS等手段表征了材料理化结构。结果表明,β-CD-PAO具有疏松多孔结构与优异的热稳定性,可适配拜耳母液40~60℃工业工况;β-CD-PAO对Ga(Ⅲ)吸附速率快、选择性高,实际拜耳母液中最快6 min即可达到吸附平衡,循环再生性能良好,5次吸附-解吸循环后吸附容量保留率仍超81%。吸附过程符合准二级动力学模型与Langmuir等温模型,属于自发进行的吸热配位螯合过程,偕胺肟基团的N、O原子为核心配位位点。本研究有效突破了传统提镓吸附剂的性能瓶颈,所制备的β-CD-PAO为拜耳母液中镓的高效、绿色分离回收提供了新型功能材料与技术支撑,具备一定的工业化应用前景。

参考文献

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基金资助

重庆市自然科学基金创新发展联合基金(CSTB2025NSCQ-WZQLHJJZDX0001)

自然科学基金面上项目(CSTB2025NSCQ-GPX0243)

材料腐蚀与防护四川省重点实验室开放基金(2023CL16)

重庆市研究生科研创新项目(YJSKY25101)

重庆市研究生科研创新项目(YJSKY25080)

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