CN106552602A - 一种用于吸附铷铯离子的复合吸附材料的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于功能材料技术领域，公开了一种用于吸附铷铯离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于：在多孔材料表面原位聚合制备含邻苯二酚结构的聚合物层，然后在聚合物层表面原位生长离子交换功能纳米吸附剂层，获得复合吸附材料。多孔材料表面的含邻苯二酚结构的聚合物层具有很强的络合吸附铷铯功能，同时对多孔材料和离子交换功能吸附剂具有强力附着作用，极大提高了复合吸附材料的稳定性，有利于吸附剂的原位生长，吸附剂层粒度可调可控；在吸附中，溶液与吸附剂充分接触，并通过吸附剂颗粒间隙与聚合物层接触，利用协同作用吸附铷铯，吸附容量高，可用于盐湖卤水中铷铯的吸附和放射性废水中铯的吸附。

Description

一种用于吸附铷铯离子的复合吸附材料的制备方法
本发明属于功能材料技术领域。
背景技术
铷铯具有很强的化学活性和优异的光电性能，在电子器件、催化剂、生物医学、医药、磁流体发电、热离子转换发电等领域应用广泛。盐湖卤水富含钾、钠、镁、钙、锂、硼、氯等元素以及铷、铯、铀、钍等稀散元素，铷铯储量巨大，是我国重要的铷铯液态矿产资源。另外，放射性废水中含有放射性核素137Cs，具有放射性强度高、半衰期长、释热量大等特点，需要分离去除。
盐湖卤水中铷铯和放射性废水中铯的分离提取方法主要有沉淀法、溶剂萃取法和吸附法等。(1)沉淀法。铷、铯离子能与某些沉淀剂反应生成沉淀，通过控制沉淀剂浓度、溶液酸度等条件可使铷、铯与其他元素分离。但是，由于盐湖卤水中铷铯和放射性废水中铯含量较低，此法多用于分析或粗产品提纯。(2)溶剂萃取法。萃取剂主要包括酚类、冠醚、六硝基二苯胺及其衍生物等。酚类对铷铯具有较高选择性，常用的酚类有4-仲丁基-2-(α-甲苄基)苯酚(BAMBP)和4-叔丁基-2-(α-甲苄基)苯酚(t-BAMBP)，稀释剂多为磺化煤油，萃取机理是Rb+、Cs+和苯酚上的酸性质子H+之间的交换过程。溶剂萃取法多用于高浓度离子的回收。(3)吸附法。吸附剂主要有天然或人造沸石、水合磷酸锆、杂多酸盐、有机吸附剂、过渡金属亚铁氰化物和铁氰化物等。采用吸附法提取铷铯，工艺简单，回收率高，选择性好，适用于回收微量组分，与其它方法相比具有较大优越性，是较为经济理想的方法。上述吸附剂通常颗粒较细，机械强度差，进行柱操作时阻力大，液体不易通过。为了解决该问题，一般采用两类方法：1)多孔载体负载法。采用浸渍法将吸附剂负载于硅胶、二氧化钛、SBA-15、Y型分子筛、Al-MCM-41等多孔载体上，可提高机械性能，降低柱过滤阻力，但存在吸附剂与载体结合不牢、容易脱落等问题。2)吸附剂与高分子复合法。将吸附剂与海藻酸钠、聚丙烯腈等高分子混合，通过凝胶成型、静电纺丝、刮膜等方法得到微球状、纳米纤维状、膜状多孔吸附剂。但是，凝胶小球在干燥时通常体积收缩很大，容易破碎；纳米纤维之间由于缺少较强相互作用，材料整体强度较低；高分子膜中由于部分吸附剂被高分子包覆，难以与溶液有效接触，造成吸附容量降低和吸附剂浪费，也限制了其实际应用。
发明内容
本发明的目的在于克服传统铷铯离子吸附材料的缺点，采用原位聚合/原位生长法制备铷铯吸附材料。
本发明技术方案的原理是：首先在多孔材料表面原位聚合制备含邻苯二酚结构的聚合物层，然后在聚合物层表面原位生长离子交换功能纳米吸附剂层，从而获得复合吸附材料。该方法具有以下优点：(1)多孔材料表面的含邻苯二酚结构的聚合物层具有很强的络合吸附铷铯功能，同时对多孔材料和吸附剂具有强力附着作用，有利于离子交换功能吸附剂的原位生长，极大提高了复合吸附材料的稳定性。(2)与传统浸渍方法相比，采用原位成核生长法制备的离子交换功能吸附剂层，在多孔材料表面的聚合物层上附着力强，结构稳定，粒度可调可控。(3)在吸附过程中，溶液与吸附剂充分接触，并通过吸附剂颗粒间隙与含邻苯二酚结构的聚合物层接触，利用吸附剂层和聚合物层的协同作用吸附铷铯，提高了吸附容量，可以实现同步吸附和脱附。
一种用于吸附铷铯离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于：在多孔材料表面原位聚合制备含邻苯二酚结构的聚合物层，然后在聚合物层表面原位生长离子交换功能纳米吸附剂层，获得复合吸附材料。所述的多孔材料是膜、树脂、海绵、硅胶、氧化铝、硅藻土等。所述的含邻苯二酚结构的聚合物层是聚多巴胺、聚咖啡酸、聚儿茶素。所述的离子交换功能吸附剂是过渡金属亚铁氰化物、铁氰化物、水合磷酸锆、杂多酸盐、有机吸附剂。
附图说明
图1聚多巴胺/亚铁氰化铁复合吸附功能膜表面的扫描电镜照片
图2聚多巴胺/亚铁氰化铁复合吸附功能膜对不同离子的吸附容量
具体实施方式
下面结合实施例对本发明的技术方案作进一步的描述。
实施例1：聚多巴胺/亚铁氰化铁复合吸附功能膜的制备
将多巴胺(PODA)溶于Tirs-HCl缓冲溶液(pH8.5)中，然后将聚醚砜多孔膜放入该溶液中聚合10h，洗涤干燥；再将上述膜在K4Fe(CN)6溶液中充分浸泡24h，溶液开始呈无色，一段时间后呈淡黄色，表明已形成亚铁氰化铁晶核，将膜漂洗后放入0.1M的FeCl3溶液中进行生长，24h后取出洗涤干燥，得到聚多巴胺/亚铁氰化铁复合吸附功能膜(图1)。将制备的吸附功能膜分别用于50ml 10ppm的Cs+、Rb+、Li+、Na+、K+和Ca2+溶液的吸附，对Rb+吸附容量达到87mg/g，对Cs+吸附容量达到95mg/g，相较于其他离子，具有高选择性(图2)。
实施例2：聚咖啡酸/铁氰化铜复合吸附海绵的制备
将聚氨酯海绵放入咖啡酸溶液中，采用γ射线辐照1h，得到表面接枝聚咖啡酸的聚氨酯海绵；再将海绵放入Cu2+溶液中充分浸泡，6h后取出洗涤，再放入0.05M的Fe(CN)6 3-溶液中进行成核生长，重复上述过程可以提高吸附层厚度，最终得到聚咖啡酸/铁氰化铜复合吸附海绵，用于50ml 10ppm的Cs+溶液吸附，吸附容量达到105mg/g。
实施例3：聚儿茶素/磷钨酸铵复合吸附树脂的制备
将聚苯乙烯树脂(PS-DVB)放入儿茶素溶液中吸附6h，再将树脂浸入浓硫酸中交联1h，得到表面包覆聚儿茶素的树脂；将树脂浸入0.1M磷钨酸水溶液中吸附8h，取出干燥，再放入0.05M的NH4Cl溶液中进行成核生长，最终得到聚儿茶素/磷钨酸铵复合吸附树脂，分别用于50ml 10ppm的Rb+和Cs+溶液吸附，吸附容量分别达到80mg/g和90mg/g。
实施例4：聚多巴胺/水合磷酸锆复合吸附硅胶的制备
将多巴胺(PODA)溶于Tirs-HCl缓冲溶液(pH8.5)中，然后将多孔硅胶放入该溶液中聚合10h，洗涤干燥；再将该硅胶放入氧氯化锆溶液中充分浸泡，6h后取出漂洗，再放入0.05M的盐酸和磷酸的混合液中进行成核生长10h，最终得到聚多巴胺/水合磷酸锆复合吸附硅胶，用于50ml 10ppm的Cs+溶液吸附，吸附容量达到89mg/g。

Claims (4)

1.一种用于吸附铷铯离子的复合吸附材料的制备方法，其特征在于：在多孔材料表面原位聚合制备含邻苯二酚结构的聚合物层，然后在聚合物层表面原位生长离子交换功能纳米吸附剂层，获得复合吸附材料。
2.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的多孔材料是膜、树脂、海绵、硅胶、氧化铝、硅藻土。
3.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的含邻苯二酚结构的聚合物层是聚多巴胺、聚咖啡酸、聚儿茶素。
4.根据权利要求1的方法，其特征在于：所述的离子交换功能吸附剂是过渡金属亚铁氰化物、铁氰化物、水合磷酸锆、杂多酸盐、有机吸附剂。
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