基本信息
- 项目名称：
- 以玻璃纤维为支撑以棉花纤维为模板剂制作的多孔钛酸锶钡整体富集柱
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 能源化工
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 利用玻璃纤维作为支撑骨架，用以提高整体柱的机械强度；以棉花纤维为模板剂，制备通透性孔道，增加比表面积。采用溶胶凝胶法制备复制了棉花纤维形貌的多孔管道的钛酸锶钡复合整体柱。该富集柱富集能力强，机械强度较高，能够满足现代分离富集的快速，高效，高通量，高富集因子的要求。
- 详细介绍：
- 固相萃取以其具有操作简单、无污染、富集因子高、速度快以及便于与其它技术联用等优点，在实践中广泛应用。 从固相萃取材料上看，常用的材料有树脂、活性炭、离子印记螯合物、天然矿物材料、微生物材料等，但是这些材料中，有的富集因子较低、有的合成工艺和条件苛刻，操作复杂、有的所用试剂昂贵。随着纳米科技的发展，纳米材料引起了人们的高度重视，纳米钛酸盐等粉体材料已应用于水中重金属的吸附富集。与常用的固相萃取剂相比，纳米钛酸盐等纳米粉体，由于其具有特殊的表面性质和极高的比表面积，对水中重金属离子具有很强的吸附和富集能力，具有更快吸附速度，更广的适用范围，而且吸附容量大，化学稳定性好，再生方法简单，是一种非常理想的重金属吸附和富集材料。 从吸附和富集方式上看，常用序批法和富集柱法。由于序批法操作复杂，不利于自动控制，实际中已很少使用。柱法以其操作简便，回收率高，重复性好，易于再生，可实现在线富集分离等优点，已用于富集分离领域。目前使用最多的是填充柱法，但是，填充柱一般只适用于树脂等大颗粒的吸附材料，而对于颗粒细小的纳米钛酸盐等纳米粉体材料而言，存在着粉体易流失，柱子阻力大等缺点，无法满足快速，高效，高通量，高富集因子的要求。多孔整体柱本身具有相互贯通的微孔，具有良好的通透性，可以避免纳米粉体填充柱的缺点。但是目前，能够制成整体柱的只有硅胶柱等很少数的几种，而且这些整体柱一般本身不具备吸附功能，只能作为载体柱，而且合成成本高，化学稳定性较低。而将具备极佳吸附和富集性能的纳米钛酸盐制成多孔整体柱，未见报道。但是，钛酸盐本身机械强度差，不能自身形成多孔柱。我们利用玻璃纤维作为支撑骨架，用以提高整体柱的机械强度；以棉花纤维为模板剂，制备通透性孔道，增加比表面积。采用溶胶凝胶法制备复制了棉花纤维形貌的多孔管道的钛酸锶钡复合整体柱。该富集柱富集能力强，机械强度较高，能够满足现代分离富集的快速，高效，高通量，高富集因子的要求。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 设计发明具有吸附能力强，富集因子高，稳定，富集速度快，使用方便，适用范围广的多孔整体富集柱，用于重金属富集分离。钛酸锶钡对重金属具有很强富集能力，化学稳定性好。但是，钛酸盐本身机械强度差，不能自身形成多孔柱。采用溶胶凝胶法，以棉花为模板剂，增大比表面积，以玻璃纤维滤膜为支撑，增加机械强度。制作时，溶胶浓度、棉花用量和玻璃纤维滤膜面积对柱的性能有影响。使用时，介质pH值5-7，富集因子达200。
科学性、先进性
- 与一般的固相萃取剂相比，纳米钛酸盐粉体具有特殊的表面性质和极高的比表面积，对重金属离子具有更强的吸附和富集能力，具有吸附容量大，化学稳定性好，再生方法简单等优点，但纳米钛酸盐粉体易流失，柱子阻力大。本发明利用玻璃纤维作为支撑骨架，用以提高整体柱的机械强度；以棉花纤维为模板剂，制备通透性孔道，并增加表面积。采用溶胶凝胶法制备钛酸锶钡复合整体柱。能够满足现代分离富集的快速，高效，高通量，高富集因子的要求。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 图片及样品
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 将样液以一定流速通过富集柱，其中的重金属被吸附，再用洗脱液洗脱重金属，实现富集。该柱富集能力强，性能稳定，富集速度快，使用方便。本发明适用于环境、食品、化工和材料等领域的常见痕量重金属的富集分离。商品化后，合成成本约为5元，销售价格在20元以上，每个小柱可使用500次以上。使用者每次富集分离费用不到4分，与常规富集方法相比，廉价，无污染，方便，具有很高经济效益和环境效益。
同类课题研究水平概述
- 在分析和监测中，对于痕量和超痕量重金属离子一般都需要富集分离后用仪器测定，传统的富集分离方法主要有沉淀或共沉淀法、蒸发浓缩法、溶剂萃取法、离子交换法等，但这些方法大都操作复杂，耗时长，污染严重，成本高，回收率低，测定精密度差等。吸附富集法（固相萃取法）是近年几发展起来的方法，和传统的方法相比，具有富集倍率高，适用于不同体积试样，可封闭操作而避免引入污染物，吸附剂可以再生使用及易于实现在线分离等优点，越来越受到重视。 目前，对于吸附富集法的研究主要集中在吸附剂和富集方法上。常用的吸附富集材料的种类很多，传统的主要有活性氧化铝、活性炭、树脂以及泡沫塑料等。但普遍吸附效率不高，吸附速度较慢，成本高。近几年来，人们合成或通过对传统吸附剂的改性开发出很多新型吸附材料，例如，玻璃纤维微柱、香烟过滤嘴、中孔分子筛P123-SH、乙二胺化学修饰活性炭、改性壳聚糖，螯合树脂等。虽然在吸附能力和选择性方面取得了一定的进展，但是大都吸附达到平衡时间长，吸附剂稳定性差。随着纳米科技的发展，纳米粉体成功应用于富集分离领域，如二氧化钛、纳米氧化铝和氧化铁等金属氧化物，但是纳米粉体易团聚失活，在水中不易沉降，回收困难，吸附容量有限，富集因子低，无法在实际中应用。纳米钛酸锶钡与单纯的纳米TiO2等金属氧化物相比，纳米钛酸锶钡粉体由于引入了钡、锶等碱土金属，对水中重金属离子有更强的吸附能力。但是，与TiO2等纳米粉体吸附材料一样，纳米钛酸锶钡粉体也存在着易团聚失活，在水中不易沉降，易流失等缺点，限制其在实际中的应用。而将纳米钛酸盐制成多孔整体富集柱，未见报道。在富集操作方法上，最原始的方法是采用振荡吸附，离心或过滤分离吸附剂，再洗脱吸附质，实现富集分离。该法仪器设备简单，但操作复杂，回收率不稳定。近几年普遍采用流动注射在线富集，方法快速，重现性好，但是需要较昂贵的仪器。本文利用了溶胶凝胶法，制备了以玻璃滤膜作支撑以棉花纤维为模板剂的纳米钛酸锶钡多孔富集柱。利用了纳米钛酸锶钡对重金属离子强的富集性能，避免了纳米粉体吸附剂，易流失，不易回收，通透性差的问题；将其制成模版后，解决了振荡吸附法操作复杂，回收率不稳定的问题，同时该装置廉价，操作简单方便，适合广泛推广。
