CN103920448B - 一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法及应用方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供的是一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法及应用方法。将氢氧化钠溶于蒸馏中，使氢氧化钠的浓度为8～10M，冷却到室温，逐滴加入KMnO₄和MnCl₂水溶液，使KMnO₄和MnCl₂的最终浓度比为1/2得到混合溶液，将所述混合溶液转入到高压反应釜中，100～200℃下反应5～72小时，过滤，反复洗涤至中性，干燥，200～600℃下煅烧2小时，得到二氧化锰铀吸附剂。本发明地方法制备的二氧化锰铀吸附剂用于铀离子的吸附领域，利用UO₂ ²⁺与层间阳离子进行阳离子交换及其自身优异的吸附性能，将离子交换和吸附相结合，提高铀离子的吸附效率。

Description

一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法及应用方法

技术领域

本发明涉及的是一种二氧化锰的制备方法，尤其是一种层状二氧化锰铀吸附剂的制备方法。

背景技术

铀是一种常见的放射性核素，是一种不可替代的核能材料，具有半衰期长、放射性高、生物毒性等特点。考虑到铀对环境和健康的危害，在过去的几十年中，人们开发了很多技术用于研究核工业燃料、尾矿、海水及其他废水中铀的去除和再生，其中包括化学沉淀、离子交换、吸附、膜分离和溶剂萃取等技术。在这些技术中吸附法及离子交换法被认为是两种非常有效的方法。

在过去的研究中，很多有机和无机吸附剂被研究出来,如(1)Zhao及其合作者利用苯甲酰硫脲对活性炭进行改性用于固相提取剂提取铀，得到铀离子的最大吸附容量为82mg/g(Y.Zhao,C.Liu,M.Feng,Z.Chen,Solid phase extraction of uranium(VI)ontobenzoylthiourea-anchored,Journal of Hazardous Materials176(2010)119–124)；(2)Wang及其合作者利用煅烧酸活化处理的高岭土对铀进行吸附研究，大大提高了高岭土对铀的吸附性能(G.Wang,X.Wang,X.Chai,J.Liu,Adsorption of uranium(VI)fromaqueous solution on calcined,Applied Clay Science47(2010)448–451)；(3)Ladeira等人将树脂IRA910U用于铀的提取方面，并研究了碳酸盐、氟化物等对铀提取的影响(A.C.Q.Ladeira,C.A.Morais,Uranium recovery from industrial effluent by ion exchange-columnexperiments，Minerals Engineering18(2005)1337–1340)等。在这些研究中，层状材料，如蒙脱土、高岭土、水滑石等由于独特的吸附性能越来越受到关注。

层状二氧化锰是一种重要的阳离子型层状材料。MnO₆八面体通过共用边形成带负电的主板结构，在两主板之间填充着阳离子和水分子，阳离子包括H⁺、K⁺、Na⁺、Ca²⁺等。由于其特殊的层状结构，层状二氧化锰在选择性吸附、离子交换、电化学等领域得到了广泛的应用。

发明内容

本发明的目的在于提供一种过程简单、操作方便易于控制、产物收率高，并且产物表现出了优异的铀吸附性能的二氧化锰铀吸附剂的制备方法。本发明的目的还在于提供一种二氧化锰铀吸附剂的应用方法。

本发明的二氧化锰铀吸附剂的制备方法为：将氢氧化钠溶于蒸馏中，使氢氧化钠的浓度为8～10M，冷却到室温，逐滴加入KMnO₄和MnCl₂水溶液，使KMnO₄和MnCl₂的最终浓度比为1/2得到混合溶液，将所述混合溶液转入到高压反应釜中，100～200℃下反应5～72小时，过滤，反复洗涤至中性，干燥，200～600℃下煅烧2小时，得到二氧化锰铀吸附剂。

本发明的二氧化锰铀吸附剂的应用方法为：用NaOH和HNO₃调节含有UO₂ ²⁺的浓度为20～200mg/L的含铀溶液的pH值为3～6，将30～100mg二氧化锰铀吸附剂加入到25ml含铀溶液中，在15～55℃下，100～500rpm速率下震荡1～24小时，离心将固体物质进行分离。

由于层状二氧化锰具有很强的阳离子交换性能及吸附性能，本发明提出了将此材料用于铀离子的吸附领域，利用UO₂ ²⁺与层间阳离子进行阳离子交换及其自身优异的吸附性能，将离子交换和吸附相结合，提高铀离子的吸附效率。

本发明通过水热法制备了片状的层状二氧化锰。并且该二氧化锰对铀具有很强的吸附能力。

本发明的核心技术特征是：在强碱产生的特殊条件下，利用高锰酸钾的强氧化性和氯化锰的还原性在高温下剧烈反应，制备了高比表面积的层状二氧化锰材料，反应中的强碱环境和氧化还原剂的选用均具有独特性。最后，将反应得到产物煅烧去除杂质后，应用于铀离子的吸附领域。本发明的制备过程简单，操作方便易于控制，产物收率高，并且产物表现出了优异的铀吸附性能。

附图说明

图1层状二氧化锰的XRD图。

图2不同煅烧时间下层状二氧化锰的铀吸附容量图。

图3不同产物浓度下的铀吸附容量图。

具体实施方式

下面结合实例对本发明的技术方案及效果作进一步描述。但是，所使用的具体方法、配方和说明并不是对本发明的限制。

实施例1：

称取一定量的氢氧化钠，将其倒入到200ml水溶液中，使氢氧化钠的浓度为8M，搅拌至氢氧化钠完全溶解，冷却到室温，向其中逐滴加入KMnO₄和MnCl₂水溶液，使KMnO₄和MnCl₂的浓度分别为0.01M和0.02M。将混合溶液转入到高压反应釜中，180℃下反应48小时，过滤，反复洗涤至中性，干燥。200℃下煅烧2小时，得到煅烧产物。

用NaOH调节铀溶液PH值为5，将30mg200℃煅烧产物加入到25ml含有50mg/L UO₂ ²⁺浓度的锥形瓶中，在25℃，200rpm速率下震荡2小时。离心将固体物质进行分离。

实施例2：

其它实验条件同实施例1，改变氢氧化钠浓度为8.5M、9M、9.5M、10M等，可制得不同结晶度和形貌的层状二氧化锰材料。

实施例3：

其它实验条件同实施例1，改变KMnO₄和MnCl₂的浓度分别为0.02M和0.04M、0.03M和0.06M、0.04M和0.08M等，制得不同结晶度和形貌的层状二氧化锰材料。

实施例4：

改变反应温度（如100℃，120℃、140℃、160℃），其它实验条件同实施例1，可制得不同结晶度和形貌的层状二氧化锰材料。

实施例5：

改变水热反应时间（如12、16、24、36、72小时），其它实验条件同实施例1，可制得不同结晶度和形貌的层状二氧化锰材料。

实施例6：

其它实验条件同实施例1，改变煅烧温度（如400℃、500℃、600℃），可制得不同结晶度的层状二氧化锰煅烧产物。

实施例7：

其它实验条件同实施例1，改变铀溶液的pH值为3、4、6，可得到不同的铀吸附容量。

实施例8：

其它实验条件同实施例1，吸附剂选用400℃、500℃等条件下煅烧的水钠矿煅烧产物产物，可得到不同的铀吸附容量。

实施例9：

其它实验条件同实施例1，改变吸附剂用量（40、50、60、70、80、90、100mg），可得到不同的铀吸附容量。

实施例9：

其它实验条件同实施例1，改变UO₂ ²⁺的初始浓度（如20、30、40、60、70、80、90、100mg/L等），得到不同的铀吸附容量。

实施例10：

其它实验条件同实施例1，改变吸附温度（如15、30、45、55℃等），得到不同的铀吸附容量。

实施例11：

其它实验条件同实施例1，改变震荡速率（如100、300、400、500rpm等）得到不同的铀吸附容量。

实施例12：

其它实验条件同实施例1，改变震荡时间（如3、4、5、6、12、24小时等）得到不同的铀吸附容量。

Claims (2)

1.一种二氧化锰铀吸附剂的制备方法，其特征是：将氢氧化钠溶于蒸馏中，使氢氧化钠的浓度为8～10M，冷却到室温，逐滴加入KMnO₄和MnCl₂水溶液，使KMnO₄和MnCl₂的最终摩尔浓度比为1/2得到混合溶液，将所述混合溶液转入到高压反应釜中，100～200℃下反应5～72小时，过滤，反复洗涤至中性，干燥，200～600℃下煅烧2小时，得到二氧化锰铀吸附剂。

2.一种二氧化锰铀吸附剂的应用方法，其特征是：用NaOH和HNO₃调节含有UO₂ ²⁺的浓度为20～200mg/L的含铀溶液的pH值为3～6，将30～100mg二氧化锰铀吸附剂加入到25ml含铀溶液中，在15～55℃下，100～500rpm速率下震荡1～24小时，离心将固体物质进行分离；所述二氧化锰铀吸附剂是采用如下方法制备的：将氢氧化钠溶于蒸馏中，使氢氧化钠的浓度为8～10M，冷却到室温，逐滴加入KMnO₄和MnCl₂水溶液，使KMnO₄和MnCl₂的最终摩尔浓度比为1/2得到混合溶液，将所述混合溶液转入到高压反应釜中，100～200℃下反应5～72小时，过滤，反复洗涤至中性，干燥，200～600℃下煅烧2小时。