N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸修饰二氧化硅在钠离子存在下的选择性镧回收研究

本研究针对稀土元素(REEs)回收中钠离子干扰问题，开发了TMS-EDTriA修饰二氧化硅的新型吸附材料。通过调控pH条件优化修饰工艺，FTIR、EDS、TGA等表征证实碱性条件修饰的颗粒具有最佳La3+吸附性能（95.27%回收率），且在20ppm La3+/100ppm Na+混合液中保持>98%选择性。该研究为复杂体系中稀土元素的高效回收提供了创新解决方案。

　　

稀土元素（REEs）作为现代高科技产业的关键原材料，其回收利用一直是资源循环领域的重大课题。然而在实际工业废水和矿产提取液中，高浓度钠离子（Na⁺）等竞争性离子的存在严重干扰稀土离子的选择性回收。传统吸附材料如EDTA（乙二胺四乙酸）修饰载体虽具有一定效果，但面临着吸附容量低、选择性差、胶体稳定性不足等瓶颈问题。如何开发能在复杂离子环境中高效捕获特定稀土离子的功能材料，成为当前研究的重要突破口。

美国Oklahoma State University的研究团队在《Journal of Water Process Engineering》发表创新性研究，通过N-(三甲氧基硅丙基)乙二胺三乙酸（TMS-EDTriA）对二氧化硅颗粒进行表面修饰，系统探究了不同pH条件下修饰效果对镧离子（La³⁺）回收性能的影响。研究发现碱性条件修饰的颗粒不仅展现出95.27%的La³⁺回收率（较未修饰材料提升12.65%），更在含100ppm Na⁺的混合溶液中保持超过98%的选择性，为解决稀土回收中的离子干扰难题提供了新思路。

研究采用傅里叶变换红外光谱（FTIR）验证分子接枝，能量色散X射线光谱（EDS）分析元素分布，热重分析（TGA）量化有机负载量，结合扫描电镜（SEM）观察形貌特征。通过控制醋酸添加量（0.075-9 mL·L^-1）调节修饰pH，制备了不同表面特性的吸附材料。

【Modification mechanism】部分揭示TMS-EDTriA通过硅烷偶联作用锚定二氧化硅表面，其丙基-乙二胺三乙酸（Pr-EDTriA）结构中的羧基和氨基形成多重配位点。碱性条件促进硅羟基解离，增强与三甲氧基硅烷的缩合反应，形成更均匀的分子涂层。

【Conclusion】部分指出：1）碱性修饰颗粒（Particle C）具有最优表面覆盖率和胶体稳定性；2）酸性过强（1.5 mL·L^-1醋酸）会导致分子聚合失衡，La³⁺回收率骤降至11.18%；3）吸附动力学显示修饰材料2小时即达平衡，较未修饰硅胶（20小时）显著提速。该材料在油气产出水（PW）等复杂体系中的稀土回收展现出应用潜力。

这项研究的突破性在于：首次系统阐明pH调控对TMS-EDTriA修饰效率的影响规律，开发的材料在保持高选择性的同时实现快速吸附，为工业废水稀土回收提供了可放大的技术方案。美国国家科学基金会（OIA-1946093）资助的该成果，也为解决稀土供应链安全问题贡献了重要基础研究支撑。