一种金属离子沉淀抑制剂及其应用、抑制离子沉淀的方法与流程

1.本技术属于离子沉淀技术领域，尤其涉及一种金属离子沉淀抑制剂及其应用、抑制金属离子沉淀的方法。


背景技术：

2.稀土元素ce、la、y等具有广泛的用途，施用稀土都得先把固体稀土放入水中溶解，配制成一定浓度的溶液，这类稀土离子呈酸性，在碱性条件下极易生成沉淀，如ph＝6.7～8.0，y
3
开始产生y(oh)3沉淀，ph＝3～4，ce
3
就开始产生沉淀ce(oh)3，出现沉淀后，会严重影响使用效果。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提供了一种金属离子沉淀抑制剂及其应用、抑制金属离子沉淀的方法，有效解决了金属离子在碱性环境中容易产生沉淀，影响使用的技术问题。
4.本技术第一方面提供了一种金属离子沉淀抑制剂，包括：
5.硅酸四乙酯、烷氧基硅烷和溶剂；
6.所述烷氧基硅烷选自3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)、甲基三甲氧基硅烷(mtms)、甲基三乙氧基硅烷(mtes)、乙烯基三乙氧硅烷 (vteo)、γ-巯基丙基三甲氧基硅烷(mptms)和γ-甲基丙烯酰氧基丙基三甲氧基硅烷(mapts)中的一种或多种。
7.具体的，所述烷氧基硅烷为3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)。
8.另一实施例中，所述溶剂选自水、甲醇、无水乙醇、二甲基甲酰胺、二甲基亚砜、n-甲基吡咯烷酮、丁酮、环己酮、甲酸乙酯、四氢呋喃、二氧六环、丙酮、四氯乙烷、丙腈、吡啶、环己醇、正丁醇、异丁醇、异丙醇、正丙醇、乙腈、二甲基乙酰胺、乙酸、碳酸乙烯酯、丙二腈、乙二醇、丙三醇和甲酰胺的一种或多种，优选为无水乙醇或异丁醇中的一种或多种。
9.另一实施例中，所述硅酸四乙酯与所述烷氧基硅烷的质量比为1：(0.05～10)。
10.另一实施例中，所述硅酸四乙酯与所述烷氧基硅烷的质量比为1： (0.087～1.74)。
11.另一实施例中，所述金属离子沉淀抑制剂，还包括表面活性剂、消泡剂和颜料中的一种或多种。
12.另一实施例中，
13.所述表面活性剂选自硬脂酸、十二烷基苯磺酸钠、季铵化物、卵磷脂、氨基酸型、甜菜碱型、脂肪酸甘油酯、脂肪酸山梨坦、聚山梨酯、二辛基琥珀酸磺酸钠、十二烷基苯磺酸钠和甘胆酸钠中的一种或多种；
14.所述消泡剂选自乳化硅油、高碳醇脂肪酸酯复合物、聚氧乙烯聚氧丙烯季戊四醇醚、聚氧乙烯聚氧丙醇胺醚、聚氧丙烯甘油醚和聚氧丙烯聚氧乙烯甘油醚、聚二甲基硅氧烷中的一种或多种；
15.所述颜料选自偶氮颜料、酞菁颜料、蒽醌、靛族、喹吖啶酮、二恶嗪、芳甲烷系颜料、
氧化铁红、炭黑、金红石型钛白粉和丙烯颜料中的一种或多种。
16.具体的，所述表面活性剂的添加浓度为0.001～10g/ml，优选为 0.1～0.5g/ml；所述消泡剂的添加浓度为0.001g/ml～10g/ml，优选为 0.001g/ml～0.05g/ml；所述颜料的添加质量为0.01～5g，优选为0.01g～0.1g。
17.具体的，所述金属离子沉淀抑制剂的制备方法包括：将硅酸四乙酯、烷氧基硅烷和溶剂混合，制得金属离子沉淀抑制剂。
18.上述混合方法可采用恒温磁力搅拌器中保持室温下搅拌。
19.本技术第二方面公开了所述金属离子沉淀抑制剂在制备含有金属离子的无沉淀碱性溶胶中的应用。
20.具体的，所述金属离子选自ce、la、y、cr、ni、mo、ti、nb、cu、pb、te、al、v和mn中的一种或多种等离子。
21.另一实施例中，所述应用包括：
22.将金属离子溶液与所述的金属离子沉淀抑制剂混合，通过ph调节剂调节混合体系的ph至中性或碱性，制得含有金属离子的碱性溶胶。
23.具体的，所述混合体系的ph为7～14。
24.另一实施例中，所述ph调节剂选自氨水、氢氧化钠、氢氧化钾、盐酸和硝酸中的一种或多种。
25.本技术第三方面公开了一种含有金属离子的无沉淀溶胶，包括：金属离子溶液、硅酸四乙酯、烷氧基硅烷和溶剂；其中，所述无沉淀溶胶的ph为中性或碱性。
26.具体的，所述金属离子溶液的金属离子选自ce、la、y、cr、ni、mo、 ti、nb、cu、pb、te、al、v和mn中的一种或多种中的一种或多种。
27.本技术提供的金属离子沉淀抑制剂适用于在碱性环境下容易发生沉淀的金属离子，如稀土金属离子ce、la、y，或者其他耐腐蚀金属离子如cr、ni、 mo。
28.另一实施例中，所述金属离子在所述碱性溶胶的浓度为10-6
～5mol/l；所述金属原子与所述硅原子的质量比范围为1:(1～10000)。
29.本技术第四方面提供了一种抑制金属离子沉淀的方法，包括：
30.将金属离子溶液、硅酸四乙酯、烷氧基硅烷和溶剂混合，通过ph调节剂调节混合体系的ph至中性或碱性，得到无沉淀的碱性溶胶。
31.具体的，所述混合体系的ph为7～14。
32.本技术发现了一种金属离子沉淀抑制剂，使得碱性条件下的金属离子溶胶不发生沉淀，该金属离子沉淀抑制剂可制备碱性下含有金属离子的无沉淀溶胶，扩大金属离子的应用领域。
附图说明
33.为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。
34.图1为本技术实施例1提供的一种含有ni离子的溶胶的外观图；
35.图2为本技术实施例2提供的一种含有cr离子的溶胶的外观图；
36.图3为本技术实施例3提供的一种含有ni离子的溶胶的外观图；
37.图4为本技术实施例4提供的一种含有ni离子的溶胶的外观图；
38.图5为本技术实施例5提供的不同teos与gptms的质量比的含有ni 离子的溶胶的外观图；
39.图6为本技术实施例6提供的含有ni离子的溶胶的外观图；
40.图7为本技术实施例7提供的含有y离子的溶胶的外观图；
41.图8为本技术实施例8提供的含有la离子的溶胶的外观图；
42.图9为本技术实施例9提供的添加不同助剂(表面活性剂或消泡剂)的含有cr离子的溶胶的外观图；
43.图10为本技术对比例1提供的两种对比溶胶的外观图。
具体实施方式
44.本技术提供了一种金属离子沉淀抑制剂及其应用、抑制金属离子沉淀的方法，用于解决现有技术中金属离子在碱性环境中容易产生沉淀，影响使用的技术缺陷。
45.下面将对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
46.其中，以下实施例所用原料或试剂均为市售或自制。
47.以下实施例的原料或试剂均为市售或自制。
48.实施例1
49.本技术实施例提供了一种含有ni离子的溶胶，具体方法包括：
50.1、将3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)、硅酸四乙酯(teos)、 ni(no3)2·
6h2o溶液和无水乙醇混合，其中，ni(no3)2·
6h2o溶液在体系中浓度为2mol/l，teos与gptms的质量比为1：0.29；ni原子与si原子的质量比为0.007:1；然后在室温下搅拌40min，用氨水调节体系的ph，分别调节至ph为7、8、9、10、11、12、13和14，得到不同ph值的含有ni离子的溶胶。
51.2、观察上述不同ph值的含有ni
2
的溶胶的外观，结果如图1所示，图 1可知，掺入ni
2
溶胶在ph调至7～14时，呈ni
2
的颜色，为浅绿色，可以清楚看出均未发生沉淀。
52.实施例2
53.本技术实施例提供了一种含有cr离子的溶胶，具体方法包括：
54.1、将3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)、硅酸四乙酯(teos)、 cr(no3)3·
9h2o溶液和无水乙醇混合，其中，cr(no3)3·
9h2o溶液在体系中浓度为0.05mol/l，teos与gptms的质量比为1：0.29；cr原子与si原子的质量比为0.003:1；然后在室温下搅拌40min，用氨水调节体系的ph，分别调节至ph为9和11，得到不同ph值的含有cr
3
的溶胶。
55.2、观察上述不同ph值的含有cr
3
的溶胶的外观，结果如图2所示，图 2可知，掺入cr
3
溶胶在ph调至9和11时，呈cr
3
的颜色，可以清楚看出均未发生沉淀。
56.实施例3
57.本技术实施例提供了一种含有ni离子的溶胶，具体方法包括：
58.参照实施例1的方法，区别在于将甲基三甲氧基硅烷(mtms)替代 gptms，添加的浓
度不变，其余方法与实施例1一致，调节体系ph为6、9 和12，得到不同ph值的含有ni离子的溶胶。
59.观察上述不同ph值的含有ni
2
的溶胶的外观，结果如图3所示，图3可知，掺入ni
2
溶胶在ph调至6、9和12时，呈ni
2
的颜色，可以清楚看出均未发生沉淀。
60.实施例4
61.本技术实施例提供了一种含有ni离子的溶胶，具体方法包括：
62.参照实施例1的方法，区别在于将甲基三甲氧基硅烷(mtms)替代 gptms，质量比为1：0.870，其余方法与实施例1相似，调节体系ph为9 和10，得到不同ph值的含有ni离子的溶胶。
63.观察上述不同ph值的含有ni
2
的溶胶的外观，结果如图4所示，图4可知，掺入ni
2
溶胶在ph调至9和10时，可以清楚看出均未发生沉淀。
64.实施例5
65.本技术实施例提供了一种含有ni离子的溶胶，具体方法包括：
66.参照实施例1的方法，区别在于控制teos与gptms的质量比，teos 与gptms的质量比为1:1.74，teos与gptms的质量比为1:0.870，teos 与gptms的质量比为1:0.174，其余方法与实施例1一致，调节体系ph为 10，得到不同teos与gptms的质量比的含有ni离子的溶胶。
67.观察上述不同teos与gptms的质量比的含有ni离子的溶胶的外观，结果如图5所示，图5可知，掺入ni
2
溶胶在ph调至10时，呈ni
2
的颜色， (a)(b)和(c)分别为teos：gptms＝1:1.74，1:0.870和1:0.174的溶胶，可见，teos与gptms的质量比为1：(0.174～1.74)的含有ni离子的溶胶均未发生沉淀。
68.实施例6
69.本技术实施例提供了含有cr离子的溶胶和含有ni离子的溶胶，具体方法包括：
70.参照实施例2的方法，区别在于控制cr原子与si原子的质量比，cr原子与si原子的质量比为0.003:1，添加的浓度不变，其余方法与实施例1一致，调节体系ph为8，得到不同ph值的含有cr离子的溶胶。
71.参照实施例1的方法，区别在于控制ni原子与si原子的质量比，ni原子与si原子的质量比为0.0077:1，添加的浓度不变，其余方法与实施例1一致，调节体系ph为10，得到不同ph值的含有ni离子的溶胶。
72.观察上述不同金属原子与硅原子比例的含有ni离子的溶胶的外观，结果如图6所示，图6可知，cr原子与si原子的质量比为0.003:1的溶胶和cr原子与si原子的质量比为0.0077:1的溶胶澄清，均未发生沉淀。
73.实施例7
74.本技术实施例提供了含有y离子的溶胶，具体方法包括：
75.参照实施例1的方法，区别在于将硝酸钇溶液替代ni(no3)2·
6h2o溶液，添加的浓度不变，其余方法与实施例1一致，调节体系ph为11，得到含有y 离子的溶胶。观察含有y离子的溶胶的外观，结果如图7b所示，图7b可知，掺入y离子溶胶在ph调至11时的照片，呈y离子的颜色，可以清楚看出均未发生沉淀。
76.本实施例还提供了不添加gptms、teos和无水乙醇的对照用y离子溶液，配制方法
包括：于硝酸钇溶液中滴加氨水，硝酸钇溶液在体系中浓度与上述制得的含有y离子的溶胶的浓度一致，调节体系ph为11，得到对照用y离子溶液，结果如图7a所示，图7a可知，掺入y离子溶胶在ph调至11 时，溶液变得浑浊，发生沉淀。
77.实施例8
78.本技术实施例提供了含有la离子的溶胶，具体方法包括：
79.参照实施例1的方法，区别在于将硝酸镧溶液替代ni(no3)2·
6h2o溶液，添加的浓度不变，其余方法与实施例1一致，调节体系ph为11，得到含有 la离子的溶胶。观察含有la离子的溶胶的外观，结果如图8b所示，图8b 可知，掺入la离子溶胶在ph调至11时的照片，呈la离子的颜色，可以清楚看出均未发生沉淀。
80.本实施例还提供了不添加gptms、teos和无水乙醇的对照用la离子溶液，配制方法包括：于硝酸镧溶液中滴加氨水，硝酸镧溶液在体系中浓度与上述制得的含有la离子的溶胶的浓度一致，调节体系ph为11，得到对照用 la离子溶液，结果如图8a所示，图8a可知，掺入la离子溶胶在ph调至11 时，溶液变得浑浊，发生沉淀。
81.实施例9
82.本技术实施例提供了添加不同助剂(表面活性剂或消泡剂)的含有cr离子的溶胶，具体方法包括：
83.1、将3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)、硅酸四乙酯(teos)、 cr(no3)3·
9h2o溶液、无水乙醇和硬脂酸混合，其中，cr(no3)3·
9h2o溶液在体系中浓度为0.001mol/l，teos与gptms的质量比为1:0.87，硬脂酸浓度为0.1m，添加量为0.02ml；然后在室温下搅拌40min，用氨水调节体系的ph，分别调节至ph为8，得到添加硬脂酸的含有cr
3
的溶胶。观察该含有 cr
3
的溶胶的外观，结果如图9a所示，图9a可知，掺入cr
3
溶胶在ph调至 8时，溶胶澄清，未发生沉淀。。
84.2、将3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)、硅酸四乙酯(teos)、 cr(no3)3·
9h2o溶液、无水乙醇和十二烷基苯磺酸钠混合，其中， cr(no3)3·
9h2o溶液在体系中浓度为0.001mol/l，teos与gptms的质量比为1:0.87；配制十二烷基苯磺酸钠浓度为0.025g/ml，在溶胶滴加十二烷基苯磺酸钠0.025ml；然后在室温下搅拌40min，用氨水调节体系的ph，分别调节至ph为8，得到添加硬脂酸的含有cr
3
的溶胶。观察该含有cr
3
的溶胶的外观，结果如图9b所示，图9b可知，掺入cr
3
溶胶在ph调至8时，溶胶澄清，未发生沉淀。
85.3、将甲基三甲氧基硅烷(mtms)、硅酸四乙酯(teos)、cr(no3)3·
9h2o 溶液、无水乙醇和消泡剂混合，其中，cr(no3)3·
9h2o溶液在体系中浓度为 0.001mol/l，teos与mtms的质量比为1:3；添加消泡剂0.01ml；然后在室温下搅拌40min，用氨水调节体系的ph，分别调节至ph为8，得到添加消泡剂的含有cr
3
的溶胶。观察该含有cr
3
的溶胶的外观，结果如图9c所示，图9c可知，掺入cr
3
溶胶在ph调至8时，溶胶澄清，未发生沉淀。
86.4、将3-环氧丙基氧丙基三甲氧基硅烷(gptms)、硅酸四乙酯(teos)、 cr(no3)3·
9h2o溶液、无水乙醇和1,5-二氯蒽醌混合，其中，cr(no3)3·
9h2o 溶液在体系中浓度为0.001mol/l，teos与gptms的质量比为1:0.29；1,5
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二氯蒽醌在体系中质量为0.01g；然后在室温下搅拌40min，用氨水调节体系的ph，分别调节至ph为9，得到添加硬脂酸的含有cr
3
的溶胶。观察该含有 cr
3
的溶胶的外观，掺入cr
3
溶胶在ph调至9时，溶胶澄清，未发生沉淀。
87.对比例1
88.本技术对比例提供了两种对比溶胶，具体包括：
89.1、将硝酸铬溶液中加入氨水，其中，硝酸铬溶液的浓度为0.5mol/l；氨水调节体系的ph，调节至ph为9，得到含有cr
3
的对比溶胶。观察该对比溶胶的外观，结果如图10a所示，图10a可知，加入氨水后硝酸铬溶液立即有沉淀产生。
90.2、将硝酸铬溶液与teos混合，其中，硝酸铬溶液的浓度为0.1mol/l，得到含有cr
3
的对比溶胶。观察该对比溶胶的外观，结果如图10b所示，图 10b可知，硝酸铬溶液与teos两者互不相容，无法形成均一溶胶。
91.以上所述仅是本技术的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本技术的保护范围。