一種去除天然水體中鍶離子的復合吸附材料及其制備方法

專利名稱：一種去除天然水體中鍶離子的復合吸附材料及其制備方法
技術領域：
本發明涉及一種去除天然水體中鍶離子的復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，屬于環境保護中廢水處理領域。
背景技術：
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。常溫下與水能進行激烈反應產生氫氣與鹵烴如四氯化碳、三氯乙烯、溴及腆化合物混合時，由于摩擦、沖擊可引起爆炸。它的硝酸鹽、氯化物及有機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進入骨組織后，主要蓄積于長骨靠近骨髓腔的無機質中，使骨髓受到β粒子的輻射，其主要使骨髓造血組織受到嚴重破壞而導致白細胞、紅細胞 和血小板都顯著減少，發生再障。由于攝入體內的放射性鍶可大量侵入骨鹽中，骨組織中的鈣化過程受到嚴重抑制，可出現自發性骨折以及彌散性的骨質疏松等。Sr所致的遠期效應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30 50%，經無損皮膚或皮下、肌肉、靜脈注入時，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，可經胎盤及乳汁轉移到子體。鍶在體內的代謝與鈣極相似。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存庫。鍶在骨骼中的正常濃度為360ppm，是骨骼、牙齒正常鈣化時不可缺少的元素。鍶缺乏時，破壞鍶與鈣、鋇、鋅之間的比例關系，引起牙齒的骨潰瘍；鍶過多時，骨骼形成受抑制，并可引起動物的全身中毒。因此對于水中的鍶離子的濃度需要進行控制。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靜電相互作用或者吸附劑與鍶離子螯合而達到去除水中鍶離子的目的。傳統的吸附劑有氧化鋁，離子交換樹脂。氧化鋁具有多孔的特點，與水有較強的親和力，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點，但是制備成本高，工藝復雜。因此,需要開發一種成本低,來源廣泛的吸附材料。4A沸石是由硅氧和鋁氧四面體組成的三維骨架狀結構化合物，屬立方品系，呈網絡狀結構，內含均勻小扎，不溶于水和有機溶劑，能溶解于強堿和強酸。有吸附水分，液體、氣體及不飽和的有機物質。它是一種無毒、無臭、無味且流動性較好的白色粉末，具有較強的鈣離子交換能力，對環境無污染，是替代三聚磷酸鈉理想的無磷洗滌助劑，表面吸附能力強，是理想的吸附劑和干燥劑。聚銻酸是具有立方晶胞結構的層狀聚合物，其層狀結構中的水分子以氫鍵的形式提供可交換的H+，表現出陽離子交換性能。聚銻酸作為一種具有特殊選擇性的無機離子交換吸附材料，在放射性核素分離領域應用很廣
發明內容
本發明針對目前吸附材料吸附效率低的問題，提供了一種4A沸石/聚銻酸復合吸附材料，該材料可以高效的去除水中的鍶離子。本發明的另一個目的是解決了現有飲用水中鍶離子去除方法工藝復雜的問題。為達到上述目的，本發明所采取的技術方案是
(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，將煅燒過的高嶺石粉末溶解于質量分數為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20 30min后恒溫數小時，將凝膠升溫至80 90°C，加入晶化導向劑并攪拌15 30min，然后恒溫晶化2 3h，將已晶化的料漿進行固液分離，濾渣用軟水反復洗滌數次直到PH為8左右，過濾所得產物在105°C恒溫條件下進行干燥，最后經冷卻、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襯的不銹鋼反應釜內晶化，經過140°C下晶化2 4天后，過濾分離出結晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發明的吸附材料。所述的目是指篩子或起類似作用東西每英寸的網格數。160目就是每英寸有160條網格線。目數越高，篩出來的東西越細小。所述的軟水指的是經過處理后不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。本發明的原理是將高嶺石經過處理凝膠化制得4A沸石后，使其具有靜電作用能夠吸附水中的離子，然后再和對鍶有選擇吸附性能且有陽離子交換能力的聚銻酸一起混合結晶，這樣制成的材料同時具有靜電吸附和陽離子交換的能力，不僅大大增加了吸附量，而且對于水中的鍶離子具有強烈的選擇吸附性能，可以很好的處理水中的鍶離子。本發明的應用方法是將本發明的吸附材料12g，投入到500ml含有鍶離子3 5mg/L的污水中，調節pH在3 5左右,攪拌之后靜置3 5小時,然后過濾取出本發明的吸附材料即可。本發明的有益效果是本發明所述方法制得的4A沸石/聚銻酸復合吸附材料孔隙率優于現在有的吸附材料，并且具有操作簡單、成本低、吸附容量大，來源廣泛的特點。與現有的吸附材料相比，將所述的吸附材料用于吸附水中的鍶離子，靜電作用和陽離子交換作用同時進行，能增加吸附量，并且對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。
具體實施例方式一種4A沸石/聚銻酸復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，將煅燒過的高嶺石粉末溶解于質量分數為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20 30min后恒溫數小時，將凝膠升溫至80 90°C，加入晶化導向劑并攪拌15 30min，然后恒溫晶化2 3h，將已晶化的料漿進行固液分離，濾渣用軟水反復洗滌數次直到PH為8左右，過濾所得產物在105°C恒溫條件下進行干燥，最后經冷卻、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襯的不銹鋼反應釜內晶化，經過140°C下晶化2 4天后，過濾分離出結晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發明的吸附材料。以下用3個實施例再詳細說明本發明
實施例I
將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒lh，然后冷卻，將煅燒過的高嶺石粉末溶解干質量分數為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20min后恒溫數小時，將凝膠升溫至80°C，加入晶化導向劑并攪拌15min，然后恒溫晶化2h，將己晶化的料漿進行固液分離，濾渣用軟水反復洗滌數次直到PH為8左右，過濾所得產物在105°C恒溫條件下進行干燥，最后經冷卻、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襯的不銹鋼反應釜內晶化，經過140°C下晶化2天后，過濾分離出結晶的 固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發明的吸附材料。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個小時，吸附率為92. 4%。實施例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，將煅燒過的高嶺石粉末溶解于質量分數為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌25min后恒溫數小時，將凝膠升溫至85°C，加入晶化導向劑并攪拌24min，然后恒溫晶化2. 5h，將已晶化的料漿進行固液分離，濾渣用軟水反復洗滌數次直到PH為8左右，過濾所得產物在105°C恒溫條件下進行干燥，最后經冷卻、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襯的不銹鋼反應釜內晶化，經過140°C下晶化3天后，過濾分離出結晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發明的吸附材料。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個小時，吸附率為93. 2%。實施例3
將高嶺石礦石破碎研磨至160目在750°C煅燒2h，然后冷卻，將煅燒過的高嶺石粉末溶解于質量分數為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌30min后恒溫數小時，將凝膠升溫至90°C，加入晶化導向劑并攪拌30min，然后恒溫晶化3h，將已晶化的料漿進行固液分離，濾渣用軟水反復洗滌數次直到PH為8左右，過濾所得產物在105°C恒溫條件下進行干燥，最后經冷卻、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襯的不銹鋼反應釜內晶化，經過140°C下品化4天后，過濾分離出結晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發明的吸附材料。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個小時，吸附率為94. 9 %。
權利要求
1.一種去除天然水體中鍶離子的復合吸附材料，其特征在于該吸附材料由4A沸石和聚銻酸混合結晶制備而成。
2.根據權利要求I所述一種去除天然水體中鍶離子的復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，將煅燒過的高嶺石粉末溶解于質 量分數為20%的NaOH中制成凝膠并在50°C下攪拌20 30min后恒溫數小時，將凝膠升溫至80 90°C，加入晶化導向劑并攪拌15 30min，然后恒溫晶化2 3h，將已晶化的料漿進行固液分離，濾渣用軟水反復洗滌數次直到pH為8左右，過濾所得產物在105°C恒溫條件下進行干燥，最后經冷卻、研磨后得成品粉末。
3.根據權利要求I所述一種去除天然水體中鍶離子的復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.根據權利要求I所述一種去除天然水體中鍶離子的復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襯的不銹鋼反應釜內晶化，經過140°C下晶化2 4天后，過濾分離出結晶的固相樣品，洗滌到中性并110°C烘干，即制得本發明的吸附材料。
5.根據權利要求2所述一種去除天然水體中鍶離子的復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格數，160目就是每英寸有160條網格線，目數越高，篩出來的東西越細小。
6.根據權利要求2所述一種去除天然水體中鍶離子的復合吸附材料的制備方法，其特征在于所述的軟水指的是經過處理后不含或含較少可溶性鈣、鎂化合物的水。
全文摘要
本發明公開了一種去除天然水體中鍶離子的復合吸附材料及其制備方法，屬于材料制備領域，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襯的不銹鋼反應釜內晶化，過濾分離洗滌至中性，烘干后即得到吸附效果好，對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、獨特的特點，制得的材料對水中鍶離子有良好的吸附效果。
文檔編號B01J20/26GK102872837SQ201210341720
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月4日 優先權日2012年9月4日
發明者涂保華, 雷春生, 梅宇韜 申請人:常州大學