本發(fā)明屬于吸附，涉及一種磷酸氧鈮鈾吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

1、在核能需求日益增長(zhǎng)的國(guó)際能源環(huán)境下，核電站的數(shù)量每年都在迅速增加，鈾礦在開采過程中會(huì)帶來較大的環(huán)境資源危機(jī)。一方面，鈾消費(fèi)量的增加加速了鈾礦石的枯竭；另一方面，鈾礦開采過程中產(chǎn)生的含鈾廢水對(duì)人類健康造成了極大危害，例如不可逆的輻射損傷、急性腎、肝損傷嚴(yán)重者甚至導(dǎo)致死亡。因而在含鈾廢水中鈾的分離、富集和回收成為一個(gè)緊迫的世界性環(huán)境問題。

2、許多技術(shù)已經(jīng)被用于去除廢水中的鈾，例如溶劑萃取法、電化學(xué)沉積、化學(xué)沉淀、光還原和吸附法等。綜合考慮運(yùn)行成本、去除效率和工藝難度，開發(fā)高效、低成本的除鈾吸附劑是解決這一環(huán)境問題的關(guān)鍵。

3、研究者們已經(jīng)研發(fā)出了各種類型的鈾酰離子吸附材料。cn113026147b公開了一種構(gòu)建納米纖維狀的磷酸氫鈣的制備方法，采用簡(jiǎn)單的納米微乳液的方法，制備出了磷酸氫鈣，利用這種方法可以得到不同的納米形貌，纖維狀的磷酸氫鈣在海水提鈾中表現(xiàn)出較好的吸附鈾的性能；該專利還提供了磷酸鹽類無機(jī)吸附劑的制備方法：利用表面活性劑pluronic-f127和均三甲苯制備穩(wěn)定均勻的水包油型微乳液；稱取的鈣源和磷酸源超聲溶解后制得無機(jī)鹽溶液；將無機(jī)鹽溶液緩慢加入上述的微乳液中，使得無機(jī)離子和微乳液進(jìn)行自組裝；將氨水加入到燒杯中，加入體積比為1:1的乙醇水，超聲分散完全后離心，萃取，洗滌，凍干得到最終產(chǎn)物。但上述材料難以兼具高吸附容量、高選擇性和快吸附速率。

4、因此，亟需一種兼具高吸附容量、高選擇性和快吸附速率的鈾吸附劑。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種磷酸氧鈮鈾吸附劑及其制備方法和應(yīng)用。采用本發(fā)明的方法可制備得到特定晶型的磷酸氧鈮鈾吸附劑，該磷酸氧鈮鈾吸附劑對(duì)鈾酰離子具有高吸附容量和快速吸附動(dòng)力學(xué)，對(duì)鈾酰離子表現(xiàn)出高親和力，在多種競(jìng)爭(zhēng)離子存在下對(duì)鈾酰離子表現(xiàn)出較高的選擇性。

2、為達(dá)此目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

3、第一方面，本發(fā)明提供了一種磷酸氧鈮鈾吸附劑的制備方法，所述制備方法包括：

4、將磷酸加入含草酸鈮和濃酸的懸濁液中，加熱反應(yīng)后，得到所述磷酸氧鈮鈾吸附劑。

5、本發(fā)明提供了一種磷酸氧鈮鈾吸附劑的制備方法，在加熱的條件下，草酸鈮在濃酸中與磷酸反應(yīng)，可制得特定晶型的磷酸氧鈮鈾吸附劑，該磷酸氧鈮鈾吸附劑對(duì)鈾酰離子具有高吸附容量和快速吸附動(dòng)力學(xué)，對(duì)鈾酰離子表現(xiàn)出高親和力，在多種競(jìng)爭(zhēng)離子存在下對(duì)鈾酰離子表現(xiàn)出較高的選擇性。此外，合成原料價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單。該吸附劑優(yōu)異的吸附分離性能和可商業(yè)化優(yōu)勢(shì)表明其在吸附分離領(lǐng)域具有卓越前景。

6、優(yōu)選地，所述濃酸包括濃硫酸、濃鹽酸和濃硝酸中的至少一種，優(yōu)選為濃硝酸。

7、本發(fā)明中，通過濃硝酸提供的高質(zhì)子濃度環(huán)境以及低含水量環(huán)境，磷酸與草酸鈮發(fā)生置換反應(yīng)，得到難溶于水的磷酸氧鈮鈾吸附劑。

8、優(yōu)選地，所述濃硝酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為68-90％，例如可以是68％、69％、70％、71％、72％、75％、80％或90％等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

9、優(yōu)選地，所述濃鹽酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36-38％，例如可以是36％、36.2％、36.4％、36.6％、36.8％、37％、37.5％或38％等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

10、優(yōu)選地，所述濃硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為95-98％，例如可以是95％、96％、97％或98％等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

11、優(yōu)選地，所述含草酸鈮和濃酸的懸濁液中，草酸鈮和濃酸的質(zhì)量體積比為(0.2-10)g:(0.5～150)ml，其中，草酸鈮的選擇范圍(0.2-10)g例如可以是0.2g、0.3g、0.4g、0.5g、1g、1.25g、1.5g、2g、2.4g、2.5g、3g、4g、5g、6g、7g、8g、9g或10g等，濃酸的選擇范圍(0.5～150)ml例如可以是0.5ml、1ml、5ml、9ml、10ml、20ml、50ml、80ml、100ml、120ml或150ml等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

12、本發(fā)明中，若草酸鈮與濃酸的質(zhì)量體積比過高，會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)物中含有大量草酸根雜質(zhì)；若草酸鈮與濃酸的質(zhì)量體積比過低，會(huì)形成膠狀產(chǎn)物。

13、優(yōu)選地，所述磷酸和所述濃酸的體積比為1:(1-30)，例如可以是1:1、1:2、1:5、1:8、1:10、1:15、1:18、1:20、1:25或1:30等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用。

14、本發(fā)明中，若所述磷酸和所述濃酸的體積比過高，會(huì)形成磷酸氫鹽影響產(chǎn)物性質(zhì)；所述磷酸和所述濃酸的體積比過低，會(huì)影響產(chǎn)物的吸附性能，且會(huì)造成原料浪費(fèi)，產(chǎn)率較低。

15、優(yōu)選地，所述加熱反應(yīng)的溫度為100-150℃，例如可以是100℃、110℃、120℃、130℃、140℃或150℃等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為100-125℃。

16、優(yōu)選地，所述加熱反應(yīng)的時(shí)間為0.5-30h，例如可以是0.5h、1h、1.5h、2h、3h、4h、5h、6h、7h、8h、9h、10h、11h、12h、13h、14h、15h、18h、20h、25h或30h等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為1-18h。

17、可選地，所述加熱反應(yīng)在油浴條件下進(jìn)行。

18、優(yōu)選地，所述反應(yīng)的過程中伴有攪拌，所述攪拌的轉(zhuǎn)速為200-550r/min，例如可以是200r/min、300r/min、400r/min、500r/min或550r/min等，但并不僅限于所列舉的數(shù)值，該數(shù)值范圍內(nèi)其他未列舉的數(shù)值同樣適用，優(yōu)選為400-550r/min。

19、作為本發(fā)明一種優(yōu)選的技術(shù)方案，所述制備方法具體包括：

20、(1)將草酸鈮和濃酸混合，超聲分散1-60min(例如可以是1min、2min、5min、10min、20min、30min、50min或60min等)后，得到含草酸鈮和濃酸的懸濁液；

21、其中，所述含草酸鈮和濃酸的懸濁液中，草酸鈮和濃酸的質(zhì)量體積比為(0.2-10)g:(0.5～150)ml；

22、(2)將磷酸加入所述含草酸鈮和濃酸的懸濁液中，在200-550r/min的攪拌轉(zhuǎn)速下，加熱至100-150℃反應(yīng)0.5-30h，然后經(jīng)離心、洗滌和50-120℃(例如可以是50℃、60℃、80℃、100℃或120℃等)的干燥，得到所述磷酸氧鈮鈾吸附劑；

23、其中，所述磷酸和所述濃酸的體積比為1:(1-30)。

24、第二方面，本發(fā)明提供了一種磷酸氧鈮鈾吸附劑，所述磷酸氧鈮鈾吸附劑由第一方面所述的制備方法制備得到。

25、第三方面，本發(fā)明提供了一種第二方面所述的磷酸氧鈮鈾吸附劑的應(yīng)用，所述磷酸氧鈮鈾吸附劑應(yīng)用于處理含鈾廢水。

26、本發(fā)明所述的數(shù)值范圍不僅包括上述列舉的點(diǎn)值，還包括沒有列舉出的上述數(shù)值范圍之間的任意的點(diǎn)值，限于篇幅及出于簡(jiǎn)明的考慮，本發(fā)明不再窮盡列舉所述范圍包括的具體點(diǎn)值。

27、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

28、本發(fā)明提供了一種磷酸氧鈮鈾吸附劑的制備方法，在加熱的條件下，草酸鈮在濃酸中與磷酸反應(yīng)，可制得特定晶型的磷酸氧鈮鈾吸附劑，該磷酸氧鈮鈾吸附劑對(duì)鈾酰離子具有高吸附容量和快速吸附動(dòng)力學(xué)，對(duì)鈾酰離子表現(xiàn)出高親和力，在多種競(jìng)爭(zhēng)離子存在下對(duì)鈾酰離子表現(xiàn)出較高的選擇性。此外，合成原料價(jià)格低廉，制備工藝簡(jiǎn)單。該吸附劑優(yōu)異的吸附分離性能和可商業(yè)化優(yōu)勢(shì)表明其在吸附分離領(lǐng)域具有卓越前景；

29、本發(fā)明提供的磷酸氧鈮鈾吸附劑的鈾吸附容量可達(dá)到2400mg/g以上，吸附動(dòng)力學(xué)平衡時(shí)間≤1min，對(duì)大部分競(jìng)爭(zhēng)金屬離子(如na+、k+、ca2+、mg2+、cu2+或zn2+等)的分離因子≥40。