CN105905920A - 一种以土壤为原料生成铯沸石的方法 - Google Patents

一种以土壤为原料生成铯沸石的方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种以土壤为原料生成铯沸石的方法，先称取主要原料土壤、CsOH和水，使摩尔比Cs：Al＝0.25～3；将水加入CsOH中搅拌，得到溶液，水的加入量是土壤和CsOH合计质量的5％；将土壤与溶液混合均匀；然后将其在压片机中以30MPa压制成型，脱模之后的样品置于反应釜中；在水热温度100℃～240℃下反应2h‑48h，干燥之后，即得反应产物铯沸石；上述土壤原料取自于上海市嘉定区和甘肃省兰州市。本发明原料来源广泛，工艺简便，经济效益高，得到的产物铯沸石结晶性较好。

Description

一种以土壤为原料生成铯沸石的方法
技术领域
本发明涉及一种以土壤为原料生成铯沸石的方法，属于矿物合成技术领域。
背景技术
铯沸石是一种含铯的铝硅酸盐矿物，熔融温度大于1900℃，密度为3.3g/cm3,其理想的化学组成是CsAlSi2O6，是目前已知铯含量最高的矿物，可以作为放射性核素铯的理想载体。
目前制备铯沸石的方法主要是利用粘土矿物通过添加硅源或者铝源合成铯沸石，其原料成本高，实用性差，对于修复核素铯污染土壤不具有现实意义；日本学者Yamasaki等，提出铯沸石的水热热压(Hydrothermal Hot-pressing)合成技术，用铯与铝硅的化合物在300℃下合成铯沸石。然而这种合成方法要求升温的同时对样品加压，设备较为复杂，经济效益差。
发明内容
本发明的目的是提供一种工艺简单，成本低廉的铯沸石合成方法。
为了达到上述目的，本发明在低温下以普通的土壤为原料，仅需通过添加少量铯源CsOH即可合成铯沸石。
本发明的具体步骤如下：
先按照Cs/Al＝0.25～3摩尔比称取土壤和CsOH，然后将水加入CsOH中搅拌，得到溶液，水的加入量是土壤和CsOH合计质量的5％；接着，将溶液倒入土壤，混合均匀；再将其在压片机中以30MPa压制成型，脱模之后得到的样品置于反应釜中，在100℃～240℃的水热温度下反应2h-48h，最后，取出干燥之后，即得反应产物铯沸石；
上述土壤来自于上海市嘉定区以及甘肃省兰州市。
上述土壤原料为上海市土壤时，量取Cs：Al的摩尔比为0.5～3。
上述土壤原料为甘肃省兰州市土壤时，量取Cs：Al的摩尔比为0.25～1.5。
本发明的优点是：
1.本发明所用的合成方法与其它铯沸石合成方法相比，原料极易获取，来源广泛，只用添加少量铯源CsOH就可以得到铯沸石产物。
2.由于本发明原料未经过预先高温处理，只需要在低温下水热处理2h或以上，便可以得到目标产物铯沸石，因此，生产工艺简便，经济效益高。
附图说明
图1为本发明的上海市土壤原料的X射线粉末衍射(XRD)图谱
图2为本发明的甘肃省兰州市土壤原料的X射线粉末衍射(XRD)图谱
图3为本发明的上海市土壤在不同Cs/Al下产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱
图4为本发明的上海市土壤在不同水热温度下产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱
图5为本发明的上海市土壤在不同水热时间下产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱
图6为本发明的甘肃省兰州市土壤在不同Cs/Al下产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱
具体实施方式
上海市土壤的化学成分如下表所示：
化学组成 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO Na2O K2O TiO2 ZnO MnO
质量分数(％) 68.9 12.8 2.88 4.19 0.09 1.33 2.44 0.88 0.01 0.09
上海市土壤的主要化学成分是SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO，另外还含有少量的K2O、Na2O、TiO2。其X射线粉末衍射(XRD)图谱如图1所示，从图谱中，可以发现，上海市土壤原料的主要物相组成是石英，还有少量的蒙脱石和白云母。
甘肃省兰州市土壤的化学成分如下表所示：
化学组成 SiO2 Al2O3 CaO Fe2O3 MgO Na2O K2O TiO2 ZnO MnO
质量分数(％) 51.8 12.5 14.1 5.12 3.63 0.90 2.83 0.78 0.01 0.10
甘肃省兰州市土壤的主要化学成分是SiO2、Al2O3、CaO、Fe2O3，另外，还含有少量的MgO、Na2O、K2O和TiO2等少量杂质。其XRD图谱如图2所示，从图谱中，可以发现，该原料中主要的物相组成是石英、方解石，还含有少量的钙长石、白云母、斜绿泥石。
实例1～4：
该组实施例采用上海市土壤作为原料，将Cs/Al摩尔比调整如下表，液固质量比(水的加入量/土壤和CsOH质量)固定为0.05，压片成型之后的样品在200℃的水热温度下反应12h。具体操作如下：按照Cs/Al摩尔比称取一定量的土壤和CsOH，按照液固比称取一定量的去离子水，将CsOH溶于水，再将其与土壤混合均匀，在压片机中以30MPa压制成型，再将脱模后的样品放入高压反应釜中，在200℃的水热温度下反应12h，最后在60℃下干燥24h，得到反应产物。
实施例1～4原料配比及产物组成如下表所示：
该组实施例1～3表示不同Cs/Al条件下得到反应产物，其X射线粉末衍射(XRD)图谱如图3所示。从图3中可以看出在Cs的量很少的时候就可以生成铯沸石，随着Cs的量增加，铯沸石的衍射峰越高，说明生成的铯沸石越多。该组实施例1～4说明原料中Cs与Al的摩尔比为0.5～3条件下能生成铯沸石。
实施例5～10：
该组实例采用上海市土壤作为原料，原料固定Cs/Al为0.5，液固质量比固定为0.05，压片成型之后的样品在200℃的水热温度下反应12h。具体操作如下：按照Cs/Al摩尔比为0.5称取一定量的土壤和CsOH,按照液固比0.05称取一定量的去离子水，将CsOH溶于水，再将其与土壤混合均匀，在压片机中以30MPa压制成型，再将脱模后的样品放入高压反应釜中，在不同的水热温度下反应12h，最后在60℃下干燥24h，得到反应产物。
实施例5～10反应温度及产物组成如下表所示：
实施例 水热温度(℃) 产物矿物组成
5 100 石英
6 160 石英、铯沸石
7 180 石英、铯沸石
8 200 石英、铯沸石
9 220 石英、铯沸石
10 240 石英、铯沸石
该组实施例5～10表示不同水热温度条件下得到的产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱如图4所示。从图4可以看出，除了实施例5没有生成铯沸石以外，在160℃以上均有铯沸石生成，随着水热温度的升高，铯沸石的衍射峰也逐渐变强，铯沸石的结晶性逐渐变好，在200℃以上衍射峰变化不明显。
实施例11～16：
该组实例采用上海市土壤作为原料，原料固定Cs/Al为0.5，液固质量比固定为0.05，压片成型之后的样品在200℃的水热温度下反应12h。具体操作如下：按照Cs/Al为0.5称取一定量的土壤和CsOH,按照液固比0.05称取一定量的去离子水，将CsOH溶于水，再将其与土壤混合均匀，在压片机中以30MPa压制成型，再将脱模后的样品放入高压反应釜中，改变水热时间在200℃的水热温度下反应，最后在60℃下干燥24h，得到反应产物。
实施例11～16反应时间及产物组成如下表所示：
实施例 水热时间(h) 产物矿物组成
11 2 石英、铯沸石
12 6 石英、铯沸石
13 10 石英、铯沸石
14 12 石英、铯沸石
15 24 石英、铯沸石
16 48 石英、铯沸石
该组实施例11～16表示不同水热温度条件下得到的产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱如图5所示。从图5可以看出，在水热时间2h时就可以生成铯沸石，随着水热时间的增加，铯沸石的峰强也逐渐增加，说明铯沸石的结晶性逐渐变好。
实施例17～20：
该组实例采用甘肃省兰州市土壤作为原料，将Cs/Al摩尔比调整如下表，液固质量比固定为0.5，压片成型之后的样品在200℃的水热温度下反应12h。具体操作如下：按照Cs/Al摩尔比称取一定量的土壤和CsOH,按照液固比称取一定量的去离子水，将CsOH溶于水，再将其与土壤混合均匀，在压片机中以30MPa压制成型，再将脱模后的样品放入高压反应釜中，在200℃的水热温度下反应12h，最后在60℃下干燥24h，得到反应产物。
实施例17～20原料配比与产物组成如下表所示：
实施例 Cs/Al 产物矿物组成
17 0.25 石英、方解石
18 0.5 石英、方解石
19 1 石英、铯沸石、方解石
20 1.5 石英、铯沸石、方解石
该组实施例17～20表示不同水热温度条件下得到的产物的X射线粉末衍射(XRD)图谱如图6所示。从图6可以看出在Cs/Al比较低时，铯沸石生成较少，从Cs/Al＝1开始生成铯沸石。

Claims (1)

1.一种以土壤为原料生成铯沸石的方法，其特征是：
先按照Cs/Al＝0.25～3摩尔比称取土壤和CsOH，然后将水加入CsOH中搅拌，得到溶液，水的加入量是土壤和CsOH合计质量的5％；接着，将溶液倒入土壤，混合均匀；再将其在压片机中以30MPa压制成型，脱模之后得到的样品置于反应釜中，在100℃～240℃的水热温度下反应2h-48h，最后，取出干燥之后，即得反应产物铯沸石；
上述土壤取自于上海市嘉定区和甘肃省兰州市；
上述水是市售的去离子水。
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