專利名稱：一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料及其制備方法，具體涉及含鍶離子水體的深度處理，屬于環(huán)境保護(hù)中廢水處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
鍶，白色堿土金屬，有可鍛性和可塑性。在空氣中易氧化成黃色。常溫下與水能進(jìn)行激烈反應(yīng)產(chǎn)生氫氣與鹵烴如四氯化碳、三氯乙烯、溴及腆化合物混合時(shí)，由于摩擦、沖擊可引起爆炸。它的硝酸鹽、氯化物及有機(jī)酸形成的許多鹽則難溶于水，鍶及其化合物屬低毒類。放射性鍶有很高毒性。Sr進(jìn)入骨組織后，主要蓄積于長(zhǎng)骨靠近骨髓腔的無(wú)機(jī)質(zhì)中，使骨髓受到β粒子的輻射，其主要使骨髓造血組織受到嚴(yán)重破壞而導(dǎo)致白細(xì)胞、紅細(xì)胞 和血小板都顯著減少，發(fā)生再障。由于攝入體內(nèi)的放射性鍶可大量侵入骨鹽中，骨組織中的鈣化過(guò)程受到嚴(yán)重抑制，可出現(xiàn)自發(fā)性骨折以及彌散性的骨質(zhì)疏松等。Sr所致的遠(yuǎn)期效應(yīng)多為引起骨肉瘤和白血病。鍶從胃腸道吸收很少，口服大部分從糞便排出，少部分隨尿排出。放射性鍶的可溶性鹽類由呼吸道吸收的量較大，SrCl2氣溶膠由呼吸道的吸收率可達(dá)30 50%，經(jīng)無(wú)損皮膚或皮下、肌肉、靜脈注入時(shí)，吸收較快，并蓄積于骨骼，部分從尿排山，微量隨汗液排出。放射性鍶污染母體后，可經(jīng)胎盤及乳汁轉(zhuǎn)移到子體。鍶在體內(nèi)的代謝與鈣極相似。含鈣較豐富的器官也有較多的鍶，骨骼和牙齒是鍶的主要儲(chǔ)存庫(kù)。鍶在骨骼中的正常濃度為360ppm，是骨骼、牙齒正常鈣化時(shí)不可缺少的元素。鍶缺乏時(shí)，破壞鍶與鈣、鋇、鋅之間的比例關(guān)系，引起牙齒的骨潰瘍；鍶過(guò)多時(shí)，骨骼形成受抑制，并可引起動(dòng)物的全身中毒。因此對(duì)于水中的鍶離子的濃度需要進(jìn)行控制。鍶的分離提取方法，主要有液膜法、色譜法、萃取法等。但是這些方法的效率低，成本較高。吸附法因是一種廣泛用于從水溶液中去除鍶離子的方法，其中吸附劑與鍶離子之間通過(guò)靜電相互作用或者吸附劑與鍶離子螯合而達(dá)到去除水中鍶離子的目的。傳統(tǒng)的吸附劑有氧化鋁，離子交換樹脂。氧化鋁具有多孔的特點(diǎn)，與水有較強(qiáng)的親和力，但是吸附量小，處理效率不高。離子交換樹脂具有比表面積大、多孔性吸附性能高的優(yōu)點(diǎn)，但是制備成本高，工藝復(fù)雜。因此,需要開發(fā)一種成本低,來(lái)源廣泛的吸附材料。4A沸石是由硅氧和鋁氧四面體組成的三維骨架狀結(jié)構(gòu)化合物，屬立方品系，呈網(wǎng)絡(luò)狀結(jié)構(gòu)，內(nèi)含均勻小扎，不溶于水和有機(jī)溶劑，能溶解于強(qiáng)堿和強(qiáng)酸。有吸附水分，液體、氣體及不飽和的有機(jī)物質(zhì)。它是一種無(wú)毒、無(wú)臭、無(wú)味且流動(dòng)性較好的白色粉末，具有較強(qiáng)的鈣離子交換能力，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，是替代三聚磷酸鈉理想的無(wú)磷洗滌助劑，表面吸附能力強(qiáng)，是理想的吸附劑和干燥劑。聚銻酸是具有立方晶胞結(jié)構(gòu)的層狀聚合物，其層狀結(jié)構(gòu)中的水分子以氫鍵的形式提供可交換的H+，表現(xiàn)出陽(yáng)離子交換性能。聚銻酸作為一種具有特殊選擇性的無(wú)機(jī)離子交換吸附材料，在放射性核素分離領(lǐng)域應(yīng)用很廣
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對(duì)目前吸附材料吸附效率低的問(wèn)題，提供了一種4A沸石/聚銻酸復(fù)合吸附材料，該材料可以高效的去除水中的鍶離子。本發(fā)明的另一個(gè)目的是解決了現(xiàn)有飲用水中鍶離子去除方法工藝復(fù)雜的問(wèn)題。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案是
(1)將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒I 2h，然后冷卻，將煅燒過(guò)的高嶺石粉末溶解于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20 30min后恒溫?cái)?shù)小時(shí)，將凝膠升溫至80 90°C，加入晶化導(dǎo)向劑并攪拌15 30min，然后恒溫晶化2 3h，將已晶化的料漿進(jìn)行固液分離，濾渣用軟水反復(fù)洗滌數(shù)次直到PH為8左右，過(guò)濾所得產(chǎn)物在105°C恒溫條件下進(jìn)行干燥，最后經(jīng)冷卻、研磨后得成品粉末；
(2)以Sb2O3為合成原料，在雙氧水和30°C下氧化回流一定時(shí)間得水合Sb2O3膠體，干燥 后選取40 100目的顆粒用I. OmoI/L的HNO3浸泡20 24h后，洗至中性，烘干；
(3)然后將5g4A沸石粉末和15g聚銻酸加入到IOg三乙胺溶液中，混合攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，經(jīng)過(guò)140°C下晶化2 4天后，過(guò)濾分離出結(jié)晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發(fā)明的吸附材料。所述的目是指篩子或起類似作用東西每英寸的網(wǎng)格數(shù)。160目就是每英寸有160條網(wǎng)格線。目數(shù)越高，篩出來(lái)的東西越細(xì)小。所述的軟水指的是經(jīng)過(guò)處理后不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。本發(fā)明的原理是將高嶺石經(jīng)過(guò)處理凝膠化制得4A沸石后，使其具有靜電作用能夠吸附水中的離子，然后再和對(duì)鍶有選擇吸附性能且有陽(yáng)離子交換能力的聚銻酸一起混合結(jié)晶，這樣制成的材料同時(shí)具有靜電吸附和陽(yáng)離子交換的能力，不僅大大增加了吸附量，而且對(duì)于水中的鍶離子具有強(qiáng)烈的選擇吸附性能，可以很好的處理水中的鍶離子。本發(fā)明的應(yīng)用方法是將本發(fā)明的吸附材料12g，投入到500ml含有鍶離子3 5mg/L的污水中，調(diào)節(jié)pH在3 5左右,攪拌之后靜置3 5小時(shí),然后過(guò)濾取出本發(fā)明的吸附材料即可。本發(fā)明的有益效果是本發(fā)明所述方法制得的4A沸石/聚銻酸復(fù)合吸附材料孔隙率優(yōu)于現(xiàn)在有的吸附材料，并且具有操作簡(jiǎn)單、成本低、吸附容量大，來(lái)源廣泛的特點(diǎn)。與現(xiàn)有的吸附材料相比，將所述的吸附材料用于吸附水中的鍶離子，靜電作用和陽(yáng)離子交換作用同時(shí)進(jìn)行，能增加吸附量，并且對(duì)水中鍶離子具有選擇吸附性能，能高效的去除水中的鍶離子。
具體實(shí)施例方式一種4A沸石/聚銻酸復(fù)合吸附材料制備方法如下
將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒I 2h，然后冷卻，將煅燒過(guò)的高嶺石粉末溶解于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20 30min后恒溫?cái)?shù)小時(shí)，將凝膠升溫至80 90°C，加入晶化導(dǎo)向劑并攪拌15 30min，然后恒溫晶化2 3h，將已晶化的料漿進(jìn)行固液分離，濾渣用軟水反復(fù)洗滌數(shù)次直到PH為8左右，過(guò)濾所得產(chǎn)物在105°C恒溫條件下進(jìn)行干燥，最后經(jīng)冷卻、研磨后得成晶粉末；以Sb2O3為合成原料，在雙氧水和30°C下氧化回流一定時(shí)間得水合Sb2O3膠體，干燥后選取40 100目的顆粒用I. Omol/1的HNO3浸泡20 24h后，洗至中性，烘干；然后將5g4A沸石粉末和15g聚銻酸加入到IOg三乙胺溶液中，混合攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，經(jīng)過(guò)140°C下晶化2 4天后，過(guò)濾分離出結(jié)晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發(fā)明的吸附材料。以下用3個(gè)實(shí)施例再詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明
實(shí)施例I
將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒lh，然后冷卻，將煅燒過(guò)的高嶺石粉末溶解干質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20min后恒溫?cái)?shù)小時(shí)，將凝膠升溫至80°C，加入晶化導(dǎo)向劑并攪拌15min，然后恒溫晶化2h，將己晶化的料漿進(jìn)行固液分離，濾渣用軟水反復(fù)洗滌數(shù)次直到PH為8左右，過(guò)濾所得產(chǎn)物在105°C恒溫條件下進(jìn)行干燥，最后經(jīng)冷卻、研磨后得成品粉末；以Sb2O3為合成原料，在雙氧水和30°C下氧化回流一定時(shí)間得水合Sb2O3膠體，干燥后選取40目的顆粒用I. OmoI/L的HNO3浸泡20h后，洗至中性，烘干；然后將5g4A沸石粉末和15g聚銻酸加入到IOg三乙胺溶液中，混合攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，經(jīng)過(guò)140°C下晶化2天后，過(guò)濾分離出結(jié)晶的 固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發(fā)明的吸附材料。將該吸附材料放入體積為500mL濃度為3mg/L含有鍶離子的廢水中，pH值在3. O的情況下，吸附3個(gè)小時(shí)，吸附率為92. 4%。實(shí)施例2
將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒I. 5h，然后冷卻，將煅燒過(guò)的高嶺石粉末溶解于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌25min后恒溫?cái)?shù)小時(shí)，將凝膠升溫至85°C，加入晶化導(dǎo)向劑并攪拌24min，然后恒溫晶化2. 5h，將已晶化的料漿進(jìn)行固液分離，濾渣用軟水反復(fù)洗滌數(shù)次直到PH為8左右，過(guò)濾所得產(chǎn)物在105°C恒溫條件下進(jìn)行干燥，最后經(jīng)冷卻、研磨后得成品粉末；以Sb2O3為合成原料，在雙氧水和30°C下氧化回流一定時(shí)間得水合Sb2O3膠體，干燥后選取70目的顆粒用I. OmoI/L的HNO3浸泡22h后，洗至中性，烘干；然后將5g4A沸石粉末和15g聚銻酸加入到IOg三乙胺溶液中，混合攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，經(jīng)過(guò)140°C下晶化3天后，過(guò)濾分離出結(jié)晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發(fā)明的吸附材料。將該吸附材料放入體積為500mL濃度為4mg/L含有鍶離子的廢水中，pH值在4. O的情況下，吸附4個(gè)小時(shí)，吸附率為93. 2%。實(shí)施例3
將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒2h，然后冷卻，將煅燒過(guò)的高嶺石粉末溶解于質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌30min后恒溫?cái)?shù)小時(shí)，將凝膠升溫至90°C，加入晶化導(dǎo)向劑并攪拌30min，然后恒溫晶化3h，將已晶化的料漿進(jìn)行固液分離，濾渣用軟水反復(fù)洗滌數(shù)次直到PH為8左右，過(guò)濾所得產(chǎn)物在105°C恒溫條件下進(jìn)行干燥，最后經(jīng)冷卻、研磨后得成品粉末；以Sb2O3為合成原料，在雙氧水和30°C下氧化回流一定時(shí)間得水合Sb2O3膠體，干燥后選取100目的顆粒用I. OmoI/L的HNO3浸泡24h后，洗至中性，烘干；然后將5g4A沸石粉末和15g聚銻酸加入到IOg三乙胺溶液中，混合攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，經(jīng)過(guò)140°C下品化4天后，過(guò)濾分離出結(jié)晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發(fā)明的吸附材料。將該吸附材料放入體積為500mL濃度為5mg/L含有鍶離子的廢水中，pH值在5. O的情況下，吸附5個(gè)小時(shí)，吸附率為94. 9 %。
權(quán)利要求
1.一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料，其特征在于該吸附材料由4A沸石和聚銻酸混合結(jié)晶制備而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于4A沸石制備方法將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒I 2h，然后冷卻，將煅燒過(guò)的高嶺石粉末溶解于質(zhì) 量分?jǐn)?shù)為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20 30min后恒溫?cái)?shù)小時(shí)，將凝膠升溫至80 90°C，加入晶化導(dǎo)向劑并攪拌15 30min，然后恒溫晶化2 3h，將已晶化的料漿進(jìn)行固液分離，濾渣用軟水反復(fù)洗滌數(shù)次直到pH為8左右，過(guò)濾所得產(chǎn)物在105°C恒溫條件下進(jìn)行干燥，最后經(jīng)冷卻、研磨后得成品粉末。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于聚銻酸制備方法以Sb2O3為合成原料，在雙氧水和30°C下氧化回流一定時(shí)間得水合Sb2O3膠體，干燥后選取40 100目的顆粒用I. OmoI/L的HNO3浸泡20 24h后，洗至中性，烘干。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于4A沸石和聚銻酸混合結(jié)晶的方法將5g4A沸石粉末和15g聚銻酸加入到IOg三乙胺溶液中，混合攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，經(jīng)過(guò)140°C下晶化2 4天后，過(guò)濾分離出結(jié)晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發(fā)明的吸附材料。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于所述的目是指篩子或起類似作用東西每英寸的網(wǎng)格數(shù)，160目就是每英寸有160條網(wǎng)格線，目數(shù)越高，篩出來(lái)的東西越細(xì)小。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料的制備方法，其特征在于所述的軟水指的是經(jīng)過(guò)處理后不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種去除天然水體中鍶離子的復(fù)合吸附材料及其制備方法，屬于材料制備領(lǐng)域，制備方法為將高嶺石破碎碾磨后放入NaOH中制成凝膠，晶化，用軟水洗滌，干燥制得4A沸石，再將Sb2O3氧化回流制成膠體聚銻酸，干燥后用硝酸浸泡，洗滌至中性，烘干，然后將制得的4A沸石和聚銻酸放入三乙胺溶液中混合，攪拌均勻后放入以聚乙烯四醚為內(nèi)襯的不銹鋼反應(yīng)釜內(nèi)晶化，過(guò)濾分離洗滌至中性，烘干后即得到吸附效果好，對(duì)鍶離子具有選擇吸附性能的吸附材料。該制備方法具有推陳出新、新穎、獨(dú)特的特點(diǎn)，制得的材料對(duì)水中鍶離子有良好的吸附效果。
文檔編號(hào)B01J20/26GK102872837SQ201210341720
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年9月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月4日
發(fā)明者涂保華, 雷春生, 梅宇韜 申請(qǐng)人:常州大學(xué)