CN105845189A - 一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法 - Google Patents

一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法 Download PDF

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陈体伟
余小娜
曹伟华
何欢欢
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    • G21F—PROTECTION AGAINST X-RADIATION, GAMMA RADIATION, CORPUSCULAR RADIATION OR PARTICLE BOMBARDMENT; TREATING RADIOACTIVELY CONTAMINATED MATERIAL; DECONTAMINATION ARRANGEMENTS THEREFOR
    • G21F9/00—Treating radioactively contaminated material; Decontamination arrangements therefor
    • G21F9/04—Treating liquids
    • G21F9/06—Processing
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Abstract

本发明公开了一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法，具体涉及一种以常见的镍盐和铁氰化钾为反应前驱液，在室温条件下采用逐滴滴加同时辅助必要的搅拌从而制备出用于放射性Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合电极材料，属于材料合成化学领域。本发明只需常见的烧杯作为反应容器，一台简易的磁子搅拌装置，一台高速离心机和真空干燥装置外，不需要其它任何专用设备，制备方法简便易行，操作过程易于控制、材料制备成本低，其制备技术易于推广使用。

Description

一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法
技术领域
本发明涉及一种用于放射性Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法，具体涉及一种以常见的镍盐和铁氰化钾为反应前驱液，在室温条件下采用逐滴滴加同时辅助必要的搅拌从而制备出用于放射性Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合电极材料。属于材料合成化学领域。
背景技术
电化学控制离子交换技术(electrochemically switched ion exchanged，ESIX)是一种新型的电化学离子交换技术，它能够有效地去除放射性工业废水中Cs+离子以及其它重金属离子，并且可以避免二次污染的产生以及具有良好的再生功能。铁氰化镍是一种典型的普鲁士蓝过渡金属类似物，它对不同碱金属离子表现出不同的亲和能力，特别是对Cs+离子的选择性结合，使其广泛应用于电活性离子交换膜材料。尽管铁氰化镍膜对Cs+离子的分离具有优良的选择性，但当前存在离子交换容量低，循环使用寿命短等缺点。为了改善其交换容量和提高其循环使用寿命，多种制备方法和工艺技术用来合成各种多孔性结构铁氰化镍膜。因为制膜条件的不同对铁氰化镍膜的结构及电化学氧化还原性能具有显著的影响。王政萍课题组考察了铁氰化镍两种前驱体溶液不同配比和不同酸性条件对其电化学性能的影响，认为薄膜的电化学行为特征及组成结构直接依赖于其制备方法。另外研究发现不同基体材料对铁氰化镍的电化学特性具有很大影响。太原理工大学郝晓刚课题组采用碳纤维和石墨作为导电基体，制备负载型铁氰化镍薄膜，发现两种基体能够明显改善铁氰化镍膜对Cs+离子去除的交换容量和使用寿命。但该技术制备的膜电极存在机械性能较差，石墨颗粒易脱落，且基体内分子扩散阻力较大等特点，另外其他相关制备技术也存在合成步骤繁琐，膜结构难以控制等问题。因此寻找性能优异的导电基体材料，开发简便、绿色的铁氰化镍膜制备方法是当今领域的研究重点和热点。
发明内容
本发明提出了一种简便、快速、易于操作的的铁氰化镍膜/石墨烯复合物合成新方法。利用该方法制备得到的电活性复合电极材料可以显著提高电化学控制离子交换技术用于放射线Cs+离子的去除，改善了离子交换膜的交换容量和使用稳定性。
为了实现上述目的，本发明采用了以下的技术方案：
本发明涉及一种铁氰化镍膜/石墨烯复合物合成工艺新技术，具体涉及一种以热还原石墨烯作为导电基体材料，采用逐滴滴加和简单机械搅拌的实验条件，制备出铁氰化镍膜/石墨烯复合物电极材料；
本发明所述的制备方法以逐滴滴加和磁子机械搅拌为实验条件
本发明所述的制备方法是以常见的烧杯作为反应器皿，室温条件下进行反应。搅拌时间控制为5-20分钟。
本发明所述的铁氰化镍两种前驱液的浓度选择控制，镍盐浓度：0.005-0.02mol/L，铁氰化钾溶液浓度：0.01-0.05mol/L。
本发明所述的石墨烯为热还原石墨烯，其浓度在0.1-1mg/mL，体积控制为5-15mL。
本发明的有益效果在于：本发明采用简便的逐滴滴加方式以及快速搅拌为实验条件，可以制备出颗粒分散均匀，粒径大小均一的铁氰化镍/石墨烯复合材料，能够避免颗粒的聚集现象。
本发明通过调控两种前驱液反应物的浓度、体积、搅拌时间等实验条件，可以合成分散性、粒径大小不同的铁氰化镍/石墨烯复合材料。
本发明所述的技术方案中只需常见的烧杯作为反应容器，一台简易的磁子搅拌装置，一台高速离心机和真空干燥装置外，不需要其它任何专用设备，制备方法简便易行，操作过程易于控制、材料制备成本低，其制备技术易于推广使用。
附图说明
图1热还原石墨烯扫描电镜和透射电镜图片；
图2单一铁氰化镍纳米颗粒的扫描电镜图；
图3铁氰化镍/石墨烯复合材料扫描电镜和透射电镜图片；
图4铁氰化镍纳米颗粒粉末X-射线衍射图(XRD)。
具体实施方式
实施例1
采用改进的Hummer’s方法，将片状天然石墨粉经两步氧化法首先合成了氧化石墨(graphite oxide，GO)。称取一定质量的GO经过研磨后采用高温退火方式制备出热还原石墨烯。移取20mL 0.01mol/L镍盐溶液，在室温条件下使用胶头滴管将镍盐溶液分次逐滴加入到20mL0.05mol/L的铁氰化钾溶液中，同时磁子搅拌快速搅拌，搅拌5分钟后，高速离心，洗涤沉淀物后，将之放置于室温真空干燥箱中晾干，即可制备出铁氰化镍纳米颗粒，最后称取10mg铁氰化镍加入1mg/mL的石墨烯悬浮液中，搅拌一定时间后即可得到铁氰化镍/石墨烯复合材料
实施例2
本实施例制备方法同实施例1，其中镍盐溶液的浓度改变为0.02mol/L，在其它条件不变情况下，同样得到铁氰化镍/石墨烯复合材料。
实施例3
本实施例制备方法同实施例1，搅拌时间控制为20分钟，在其它条件不变情况下，同样得到铁氰化镍/石墨烯复合材料。
以上实施案例仅用于说明本发明的优选实施方式，但本发明并不限于上述实施方式，在所述领域普通技术人员所具备的知识范围内，本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替代及改进等，均应视为本申请的保护范围。

Claims (5)

1.一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法。其特征在于；将热还原石墨烯和铁氰化镍的两种前驱体溶液充分混合后置于反应瓶当中，采用简单的机械搅拌方法反应一定时间后，即可制备出分离性能优异的铁氰化镍/石墨烯复合物电极材料。
2.根据权利要求1所述的一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的反应条件是逐滴逐滴的滴加，而不是直接的两者混合。
3.根据权利要求1所述的一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的反应条件是：反应温度为室温，反应时间10-20分钟。
4.根据权利要求1所述的一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于所述的反应辅助条件是简单的机械搅拌或磁子搅拌。
5.根据权利要求1所述的一种用于Cs+离子分离的铁氰化镍/石墨烯复合材料的制备方法，其特征在于反应后的铁氰化镍/石墨烯复合物应该在真空室温条件下进行干燥处理。
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