金属硫化物离子交换材料富集稀土离子的研究

稀土元素（REEs）作为一种战略性资源在高新技术、国防尖端技术、改造传统产业等领域有着重要的应用。其开采与应用会造成稀土离子在环境中的泄露，造成对公众健康的不利影响和资源的浪费。我国是稀土资源大国，实现我国稀土资源的良性循环利国利民。发展新型高效的稀土回收剂对稀土资源的清洁冶金和含稀土废弃物的资源化处理都具有极其重要的意义。传统的吸附剂如沸石、活性炭、黏土、金属氧化物等材料存在吸附容量低、选择性低、pH和腐殖质依赖度高等问题。因此亟需发展一种低成本、可以在废液中高效富集稀土元素的回收剂。

近日，中国科学院福建物质结构研究所结构化学国家重点实验室黄小荥（点击查看介绍）课题组与美国西北大学化学系Prof. Mercouri G. Kanatzidis（点击查看介绍）合作，利用S^2-对稀土离子的亲和力和金属硫化物的柔性开放骨架，创新性地首次将金属硫化物离子交换材料应用于稀土离子的富集和回收。结果表明[Me₂NH₂]_4/3[Me₃NH]_2/3Sn₃S₇·1.25H₂O（FJSM-SnS）对稀土离子具有高效的富集能力，优点如下：快速的离子交换响应速度（<5 min）；高的吸附量（Eu³⁺：139.82 mg/g、Tb³⁺：147.05 mg/g、Nd³⁺：126.70 mg/g）；在高浓度的Al³⁺、Fe³⁺存在下对稀土离子具有较高的选择性；在模拟离子交换柱实验中对Ln³⁺去除率高达99.0%；吸附稀土元素后高效、便捷的洗脱能力。该研究开创了金属硫化物基离子交换材料应用于富集和回收水环境中稀土元素的研究。相关研究结果发表在《美国化学会志》上。该工作共同第一作者为研究生戚兴辉和杜克钊；共同通讯作者为冯美玲研究员和Prof. Mercouri G. Kanatzidis。

此前该课题组将FJSM-SnS应用于放射性UO₂²⁺、Cs⁺、Sr²⁺离子的交换，发展了首个以有机胺阳离子交换UO₂²⁺离子的金属硫化物（J. Am. Chem. Soc., 2016, 138, 12578-12585），同时FJSM-SnS也是一种高效的去除Cs⁺和Sr²⁺的新型离子交换材料（J. Mater. Chem. A, 2015, 3, 5665-5673）。该课题组由于在该研究领域所做的系统研究工作，应邀撰写和发表综述研究论文，系统介绍了该课题组的相关研究工作（Coord. Chem. Rev., 2016, 322, 41-68；Chem. Rec., 2016, 16, 582-600）。

该研究工作得到了中国973计划项目、国家自然科学基金项目、中科院海西研究院“春苗人才”专项和美国国家自然科学基金的大力支持。

该论文作者为：Xing-Hui Qi, Ke-Zhao Du, Mei-Ling Feng*, Yu-Jie Gao, Xiao-Ying Huang, and Mercouri G. Kanatzidis*

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Layered A₂Sn₃S₇·1.25H₂O  (A = Organic Cation) as Efficient Ion Exchanger for Rare Earth Element Recovery

J. Am. Chem. Soc., 2017, 139, 4314-4317, DOI: 10.1021/jacs.7b00565

导师介绍

黄小荥

http://www.x-mol.com/university/faculty/22940

‍‍‍‍Mercouri G. Kanatzidis‍‍‍‍

http://www.x-mol.com/university/faculty/381 ‍‍‍‍

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