一種磁性鈾吸附劑的制備方法
【專利摘要】本發(fā)明為一種磁性鈾吸附劑的制備方法，屬于鈾吸附材料制備方法【技術(shù)領(lǐng)域】。該方法步驟為：(1)將0.2g?Fe3O4(40-80emu／g)加入離子水和無水乙醇中，在超聲和攪拌條件下，加入氫氧化銨和正硅酸乙酯，得到中間體；(2)在超聲和攪拌條件下，向中間體A中加入Ca(NO3)2和NaOH后，20-200min正硅酸乙酯，得到磁性吸附劑；(3)將磁性吸附劑冷凍干燥。制備的吸附材料易于與溶液分離，吸附性能優(yōu)良，在較廣的溫度范圍、不同的原始初始濃度和不同酸堿環(huán)境下，都表現(xiàn)出吸附速度快，吸附容量大的優(yōu)點(diǎn)。
【專利說明】一種磁性鈾吸附劑的制備方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及鈾吸附材料制備方法，具體地說是一種磁性水合硅酸鈣類鈾吸附材料的制備方法。
【背景技術(shù)】
[0002]核能是當(dāng)今世界解決能源短缺的重要途徑，然而隨著核工業(yè)的快速發(fā)展，產(chǎn)生的含鈾放射性廢水越來越多。由于鈾的半衰期、高放射性及生物毒性，含鈾工業(yè)廢水已經(jīng)成為一種長期的潛在的環(huán)境危害物。水化硅酸鈣是一類重要的含鈾工業(yè)廢水處理原料，該類物質(zhì)在中性和堿性條件下具有非常好的鈾吸附，據(jù)報(bào)道(Radiochim.Acta92 (2004) 645):水化娃酸I丐對(duì)于鈾的吸附分配比(sorption distribution ratio)介于30000-150000L / kg之間。最近，水合硅酸鈣與殼聚糖復(fù)合制備微球，比表面積大，對(duì)于重金屬具有快速高效的吸附作用(Journal of Colloid and Interface Science418 (2014) 208-215)。
[0003]這些研究表明:水合硅酸鈣作為鈾吸附材料具有吸附速度快、吸附容量大的優(yōu)點(diǎn)。然而該類吸附劑吸附后吸附劑和溶劑分離的問題長期以來沒有得到很好的解決。隨著近年來材料結(jié)構(gòu)性能研究的深入，比表面積的增大，粒徑減小，盡管吸附速度和吸附容量得到進(jìn)一步的改善，但是吸附后吸附劑和溶劑分離的難度進(jìn)一步提高。向其中加入磁性材料是解決這一問題的有效途徑。制備磁性水合硅酸鈣類吸附劑不但對(duì)于廢水中鈾的去除，而且對(duì)于其它重金屬的去除以及實(shí)現(xiàn)藥物的緩控釋等研究都具有重要意義。然而通過簡單的摻雜磁性介質(zhì)的方法存在磁性粒子分布不均勻，以及磁性粒子與硅源相結(jié)合影響水合硅酸鈣結(jié)構(gòu)和形貌等問題。因此，盡管磁性分離技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于吸附劑和溶劑分離方面，但至今我們尚未發(fā)現(xiàn)磁性水合硅酸鈣類鈾吸附劑的報(bào)道。
[0004]針對(duì)以上問題，本發(fā)明提供了一種制備磁性水合硅酸鈣類鈾吸附材料的方法，該吸附劑具有吸附容量大，吸附速度快，易于分離的優(yōu)點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明具體研究方案如下:
[0006](I)將 0.2g 平均粒徑小于 3OOnm 的 Fe3O4 (40-80emu / g)放入 0.080-0.095M80mLHCl超聲(20-40KHZ) 15_30min，將磁鐵放在容器底部吸住應(yīng)用磁性Fe304倒出溶液(磁性分離)，用去離子水清洗至中性，倒出去離子水，加入40mL去離子水和160mL無水乙醇，在超聲(20-40KHZ)和攪拌條件下，加入2mL28%氫氧化銨溶液，進(jìn)一步滴加0.28-0.30mmol正硅酸乙酯，攪拌7-10h，磁性分離，50-100mL去離子水清洗3_5次，得到中間體；
[0007](2)本步制備過程在超聲(20-40KHZ)和攪拌條件下完成，向中間體中加入200mL15-30mmol / L 的 Ca(NO3)2 溶液，10_30min，加入 IM NaOH 溶液 ImL, 20_200min 內(nèi)滴加4.00-4.50mmol正娃酸乙酯,反應(yīng)30min,磁性分離,50-100mL去離子水清洗3_5次,得到磁性吸附劑；
[0008](3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在-4080冷凍4_8h，冷凍干燥24_48h ；[0009](4)在 293-343K，pH=4-12，吸附容量大于 500mg / g，對(duì)于初始濃度為 10_500mg /L,30min去除率大于85%。
[0010]有益效果
[0011]1.步驟(I)將Fe3O4粒子表面包裹上SiO2，其作用為:包裹Fe3O4可以避免其對(duì)于水合硅酸鈣合成產(chǎn)生影響；其次該部分SiO2S無定型SiO2，具有活性，可以作為生成水合硅酸鈣的部分硅源；再次包裹后的離子表面帶有負(fù)電性，可以吸附鈣離子，使得水合硅酸鈣在磁性離子表面生長。
[0012]2.超聲作用有利于正硅酸乙酯水解產(chǎn)物與鈣離子生成水合硅酸鈣，即可加快反應(yīng)速度，又可以避免團(tuán)聚現(xiàn)象，增大比表面，有利于吸附；但對(duì)于磁性離子克服重力作用影響充分分散的作用不足。合成過程中在超聲和攪拌共同作用條件下完成，可以進(jìn)一步加快反應(yīng)速度，而且實(shí)現(xiàn)磁性粒子的充分分散。
[0013]3.本發(fā)明在制備過程中全部采用磁性分離，而且制備中間過程沒有抽濾和干燥步驟，最后采用凍干工藝干燥，保持了水合硅酸鈣原始的片層結(jié)構(gòu)，增大了其比表面積高達(dá)160-2IOm2 / go
[0014]4.制備的吸附材料除了具有易于與溶液分離的優(yōu)點(diǎn)外，吸附性能優(yōu)良，在較廣的溫度范圍、不同的原始初始濃度和不同酸堿環(huán)境下，都表現(xiàn)出吸附速度快，吸附容量大的優(yōu)點(diǎn)。這些性能為該吸附劑的廣泛應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]附圖1實(shí)施例5制備的材料的SEM圖，可以清楚的發(fā)現(xiàn)Fe、Ca、Si元素分布均勻。
[0016]附圖2實(shí)施例5制備的材料的TEM圖，可以清楚的發(fā)現(xiàn)Fe3O4為球狀，在其外部生長片狀的水和硅酸鈣。
【具體實(shí)施方式】
[0017]實(shí)施例1:
[0018](I)將 0.2g 平均粒徑小于 300nm 的 Fe3O4 (50_80emu / g)放入 0.080-0.095M80mLHCl超聲(20-40KHZ) 15_30min，磁性分離，用去離子水清洗至中性，倒出去離子水，加入40mL去離子水和160mL無水乙醇，在超聲(20_40ΚΗζ)和攪拌條件下，加入2mL28 %氫氧化銨溶液，進(jìn)一步滴加0.28-0.30mmol正硅酸乙酯，攪拌7_10h，磁性分離，50_100mL去離子水消洗3-5次，得到中間體。
[0019](2)本步制備過程在超聲(20-40KHZ)和攪拌條件下完成，向中間體中加入200mL15-30mmol / L 的 Ca(NO3)2 溶液，10_30min，加入 IM NaOH 溶液 ImL, 20_200min 內(nèi)滴加4.00-4.50mmol正娃酸乙酯,反應(yīng)30min,磁性分離,50-100mL去離子水清洗3_5次,得到磁性吸附劑。
[0020](3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在-40—80°C冷凍4-8h，冷凍干燥24_48h。
[0021](4)制備吸附劑磁化強(qiáng)度15-40emu / g，在293-343K，pH=4_12，對(duì)于初始濃度為10-500mg / L，吸附容量大于500mg / g，30min去除率大于85%。
[0022]實(shí)施例2:
[0023]實(shí)施例2的鈾吸附劑制備方法與實(shí)施例1基本相同，不同之處在于:步驟(I)將 0.2g 平均粒徑小于 300nm 的 Fe3O4 (40-80emu / g)放入 0.095M80mL HCl 超聲(20KHz) 15-30min,磁性分離，用去離子水清洗至中性，倒出去離子水，加入40mL去離子水和160mL無水乙醇，在超聲(20KHz)和攪拌條件下，加入2mL28%氫氧化銨溶液，進(jìn)一步滴加
0.29mmol正硅酸乙酯，攪拌7h，磁性分離，50mL去離子水清洗5次，得到中間體。
[0024]實(shí)施例3:
[0025]實(shí)施例3的鈾吸附劑制備方法與實(shí)施例2基本相同，不同之處在于:步驟(2)本步制備過程在超聲(40KHz)和攪拌條件下完成，向中間體中加入200mL22mmol / L的Ca(NO3)2溶液，IOmin,加入IM NaOH溶液lmL,30min內(nèi)滴加4.5OmmoI正娃酸乙酯，反應(yīng)30min,磁性分離，50mL去離子水清洗5次，得到磁性吸附劑。
[0026]實(shí)施例4:
[0027]實(shí)施例4的鈾吸附劑制備方法與實(shí)施例3基本相同，不同之處在于:步驟(2)本步制備過程在超聲(40KHz)和攪拌條件下完成，向中間體中加入200mL18mmol / L的Ca(NO3)2溶液，IOmin,加入IM NaOH溶液lmL,30min內(nèi)滴加4.5OmmoI正娃酸乙酯，反應(yīng)30min,磁性分離，50mL去離子水清洗5次，得到磁性吸附劑。
[0028]實(shí)施例5:
[0029]實(shí)施例5的鈾吸附劑制備方法與實(shí)施例3基本相同，不同之處在于:步驟(3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在_60°C冷凍6h，冷凍干燥24h。
[0030]實(shí)施例6:
[0031]實(shí)施例5的鈾吸附劑制備方法與實(shí)施例4基本相同，不同之處在于:步驟(3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在_60°C冷凍6h，冷凍干燥24h。
【權(quán)利要求】
1.一種磁性鈾吸附劑的制備方法，具體步驟如下:
(1)將0.2g 平均粒徑小于 300nm 的 Fe3O4 (50_80emu / g)放入 0.080-0.095M80mL HCl超聲(20-40KHZ) 15-30min，磁性分離，用去離子水清洗至中性，磁性分離后，加入40mL去離子水和160mL無水乙醇，在超聲(20-40KHZ)和攪拌條件下，加入2mL28%氫氧化銨溶液，進(jìn)一步滴加0.28-0.30mmol正硅酸乙酯，攪拌7_10h，磁性分離，50_100mL去離子水清洗3_5次，得到中間體； (2)本步制備過程在超聲(20-40KHZ)和攪拌條件下完成，向中間體中加入200mL15-30mmol / L 的 Ca(NO3)2 溶液，10_30min，加入 IM NaOH 溶液 ImL, 20_200min 內(nèi)滴加4.00-4.50mmol正娃酸乙酯,反應(yīng)30min,磁性分離,50-100mL去離子水清洗3_5次,得到磁性吸附劑； (3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在-40—80°C冷凍4-8h，冷凍干燥24-48h。
2.如權(quán)利要求1所述磁性鈾吸附劑的制備方法，其特征在于:步驟⑴將0.2g平均粒徑小于 300nm 的 Fe3O4 (40-80emu / g)放入 0.095M80mL HCl 超聲(20KHz) 15_30min，磁性分離，用去離子水清洗至中性，倒出去離子水，加入40mL去離子水和160mL無水乙醇，在超聲(20KHz)和攪拌條件下，加入2mL28%氫氧化銨溶液，進(jìn)一步滴加0.29mmol正硅酸乙酯，攪拌7h，磁性分離，50mL去離子水清洗5次，得到中間體A。
3.如權(quán)利要求2所述磁性鈾吸附劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)本步制備過程在超聲(40KHz)和攪拌條件下完成，向中間體A中加入200mL22mmol/L的Ca(NO3)2溶液，IOmin,加入IM NaOH溶液lmL,30min內(nèi)滴加4.5OmmoI正娃酸乙酯，反應(yīng)30min,磁性分離，50mL去離子水清洗5次，得到磁性吸附劑。
4.如權(quán)利要求2所述磁性鈾吸附劑的制備方法，其特征在于:步驟(2)本步制備過程在超聲(40KHz)和攪拌條件下完成，向中間體A中加入200mL18mmol / L的Ca (NO3) 2溶液，IOmin,加入IM NaOH溶液lmL,30min內(nèi)滴加4.5OmmoI正娃酸乙酯，反應(yīng)30min,磁性分離，50mL去離子水清洗5次，得到磁性吸`附劑。
5.如權(quán)利要求3所述磁性鈾吸附劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在_60°C冷凍6h，冷凍干燥24h。
6.如權(quán)利要求4所述磁性鈾吸附劑的制備方法，其特征在于:步驟(3)將樣品置于冷凍機(jī)中，在_60°C冷凍6h，冷凍干燥24h。
【文檔編號(hào)】B01J20/30GK103752262SQ201410052120
【公開日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2014年2月14日 優(yōu)先權(quán)日:2014年2月14日
【發(fā)明者】張宏森, 丁慧賢, 白云起, 楊德智, 趙桂紅, 薛麗梅, 閆慧君, 程玲玲 申請(qǐng)人:黑龍江科技大學(xué)