一种固相吸附材料及其制备方法和用途技术

本发明专利技术属于放射性废水处理技术领域，涉及一种固相吸附材料及其制备方法和用途。所述的固相吸附材料含有式(a)或式(b)所示结构的萃取剂。本发明专利技术的固相吸附材料能够在较宽的酸度范围内对+3、+4、+6价态(其中+6价态为锕酰离子)的锕系离子及镧系离子具有较好的吸附性能。

A Solid Adsorption Material and Its Preparation Method and Application

The invention belongs to the technical field of radioactive wastewater treatment, and relates to a solid phase adsorption material, a preparation method and a use thereof. The solid phase adsorbent material comprises an extractant with the structure shown in formula (a) or formula (b). The solid-phase adsorbing material of the invention can adsorb actinides and lanthanides in + 3, +4, +6 valence states (where + 6 valence is Actinyl ion) in a wide acidity range.

【技术实现步骤摘要】
一种固相吸附材料及其制备方法和用途
本专利技术属于放射性废水处理
，涉及一种固相吸附材料及其制备方法和用途。
技术介绍
当前，与放射性核素相关的核技术在能源、军事、医疗和科学研究领域均得到了广泛应用。但在放射性核素相关的核技术应用的多个环节，如铀矿开采和冶炼、元件制造、乏燃料后处理、核废物处理过程中均可能产生含有放射性核素的废水；同时，核武器爆炸或核设施运行过程中，也有一些放射性核素被释放到环境中。而这些放射性核素中，锕系及镧系元素占相当大的一部分。放射性废水处理及环境放射化学非常关心的α粒子发射核素更多都是锕系元素或其子体。色层分离方法在放射性废水处理及环境放射性样品分离中均有广泛应用，而色层分离方法的基础是固相吸附材料。在酸性溶液体系中，镧系元素大多以+3价金属离子的形式存在，而锕系元素就要复杂的多，较为常见的离子价态有+3(如Am3+)、+4(如Pu4+)、+5(如NpO2+)和+6(如UO22+和PuO22+)等。到目前为止，世界各国的科技工作者已经开发了一些可用于锕系元素和镧系元素分离的固相吸附材料，主要包括以下4种类型：(1)离子交换树脂。如分别以-SO3H和-COOH为功能基团的强酸性和弱酸性阳离子交换树脂，以及强碱性阴离子交换树脂等；(2)萃淋树脂。如以磷酸三丁酯为功能试剂的TBP树脂，以二(2-乙基己基)磷酸酯为功能试剂的P204树脂等；(3)螯合树脂。类似乙二胺四乙酸的螯合树脂及其它螯合树脂；(4)天然吸附材料。如膨润土、沸石、壳聚糖、纤维素等。但到目前为止，并没有一种理想的固相吸附材料可从较宽酸度范围的水溶液(放射性废水或环境样品溶解液)中选择性吸附多数价态的锕系元素及镧系元素。
技术实现思路
本专利技术的首要目的是提供一种固相吸附材料，以能够在较宽的酸度范围内对锕系离子及镧系离子具有较好的吸附性能。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种固相吸附材料，所述的固相吸附材料含有如下式(a)或式(b)所示结构的萃取剂(具有不对称取代烷基的3-氧杂-戊二酰胺类化合物)，其中：R1为甲基或乙基；R2为4个碳以上的烷基。本专利技术的第二个目的是提供一种如上所述的固相吸附材料的制备方法(浸渍法)，以能够更好的制备如上所述的固相吸附材料，制备所得的固相吸附材料能够在较宽的酸度范围内对锕系离子及镧系离子具有较好的吸附性能。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将所述的萃取剂的溶液与支持体混合均匀；(2)挥发溶剂得到所述的固相吸附材料。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，其中步骤(1)中，所述的萃取剂的溶液为萃取剂的有机溶剂溶液，所述的有机溶剂为低沸点有机稀释剂，选自甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷中的一种或几种；所述的支持体为多孔聚合物微球，或有机试剂改性的有机-无机复合材料，选自多孔聚苯乙烯小球、多孔聚丙烯酸酯小球、多孔苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物小球、长链烷基表面修饰的大孔硅胶、聚合物包覆的大孔硅胶中的一种或几种；所述的萃取剂与所述的支持体的质量比为1:100-1:1。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，其中步骤(2)中，所述的挥发溶剂采用真空旋转蒸发、红外灯加热、低温烘干和/或自然放置的方法。本专利技术的第三个目的是提供另一种如上所述的固相吸附材料的制备方法(悬浮聚合法(萃淋树脂法))，以能够更好的制备如上所述的固相吸附材料，制备所得的固相吸附材料能够在较宽的酸度范围内对锕系离子及镧系离子具有较好的吸附性能。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供另一种如上所述的固相吸附材料的制备方法(此方法仅可用于制备支持体为聚合物小球的吸附材料，而不能制备支持体为有机-无机复合材料的吸附材料)，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将苯乙烯、二乙烯苯和甲基丙烯酸酯的单体溶液按比例混合，加过氧化苯甲酰或偶氮二异丙腈作为引发剂(用量约为单体总质量的0.5％)，并根据需要按比例(萃取剂质量与单体总质量的比值在1比100到1比1之间)加入式(a)或式(b)所示结构的萃取剂(具有不对称四取代结构的3-氧杂-戊二酰胺)，搅拌均匀；(2)将明胶溶于沸水中，加入碳酸钙和十二烷基磺酸钠，混合均匀；(3)将步骤(1)所得溶液加入步骤(2)所得混合液中，并加入适量聚乙烯醇，充分搅拌条件下加热至45-65℃，恒温一定时间后再加热到80-95℃并保持一定时间，得到包含萃取剂的聚合物小球；(4)降温后用去离子水洗涤聚合物小球5-10次，至清洗水澄清为止；(5)将聚合物小球抽滤、烘干，即得所述的固相吸附材料。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供另一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，其中步骤(1)中，所述的苯乙烯和二乙烯苯的混合质量比为3:1-8:1，甲基丙烯酸酯在单体中的质量含量小于30％。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供另一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，其中步骤(2)中，明胶在混合液中的质量含量在0.4％-2.0％之间，碳酸钙在混合液中的质量含量在0.01％-0.2％之间，十二烷基磺酸钠在混合液中的质量含量在0.01％-0.1％之间。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供另一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，其中步骤(3)中，搅拌并加热至45-65℃后恒温的时间为15-30分钟；再加热到80-95℃后保持的时间为1.5-4.0小时。在一种优选的实施方案中，本专利技术提供另一种如上所述的固相吸附材料的制备方法，其中步骤(4)中，所述的降温为降至室温到50℃。本专利技术的第四个目的是提供一种如上所述的固相吸附材料的用途，以能够更好的应用如上所述的固相吸附材料。为实现此目的，在基础的实施方案中，本专利技术提供一种如上所述的固相吸附材料用于从溶液中选择性吸附锕系及镧系元素离子的用途。本专利技术的有益效果在于，本专利技术的固相吸附材料能够在较宽的酸度范围内对+3、+4、+6价态(其中+6价态为锕酰离子)的锕系离子及镧系离子具有较好的吸附性能。本专利技术的固相吸附材料在较宽的硝酸和盐酸浓度范围内对+3价态的锕系及镧系离子以及+4价态的锕系离子具有很强的吸附能力，可用于从酸性溶液或盐含量较高的溶液中吸附+3、+4价态的锕系及镧系金属离子。此外，本专利技术的固相吸附材料对锕酰离子(如UO22+离子)也有较强的吸附能力。因此，该吸附材料在特定中低放废水处理及放射化学分析(如大体积溶解液中镅和钚的富集或分离)中有较好的应用前景。附图说明图1为实施例1所得的分配系数与酸浓度的关系图。图2为实施例2所得的分配系数与酸浓度的关系图。具体实施方式以下结合实施例和附图对本专利技术的具体实施方式作出进一步的说明。实施例1：固相吸附材料的制备及检测(一)以N,N’-二甲基-N,N’-二辛基-3-氧杂-戊二酰胺为萃取剂，以AmberliteXAD7HP为支持体制备固相吸附材料，并通过静态吸附实验测定其从硝酸溶液中吸附金属离子的分配系数。制备过程如下：(1)将7.0g的N,N’-二甲基-N,N’-二辛基-3-氧杂-戊二酰胺(DMDODGA)溶于40mL甲醇中；(2)将已干燥至恒重的20-60目粒径的AmberliteXAD7HP颗粒装入250m本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种固相吸附材料，其特征在于：所述的固相吸附材料含有如下式(a)或式(b)所示结构的萃取剂，

【技术特征摘要】
1.一种固相吸附材料，其特征在于：所述的固相吸附材料含有如下式(a)或式(b)所示结构的萃取剂，其中：R1为甲基或乙基；R2为4个碳以上的烷基。2.一种根据权利要求1所述的固相吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将所述的萃取剂的溶液与支持体混合均匀；(2)挥发溶剂得到所述的固相吸附材料。3.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(1)中，所述的萃取剂的溶液为萃取剂的有机溶剂溶液，所述的有机溶剂为低沸点有机稀释剂，选自甲醇、乙醇、丙酮、二氯甲烷中的一种或几种；所述的支持体为多孔聚合物微球，或有机试剂改性的有机-无机复合材料，选自多孔聚苯乙烯小球、多孔聚丙烯酸酯小球、多孔苯乙烯-甲基丙烯酸酯共聚物小球、长链烷基表面修饰的大孔硅胶、聚合物包覆的大孔硅胶中的一种或几种；所述的萃取剂与所述的支持体的质量比为1:100-1:1。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于：步骤(2)中，所述的挥发溶剂采用真空旋转蒸发、红外灯加热、低温烘干和/或自然放置的方法。5.一种根据权利要求1所述的固相吸附材料的制备方法，其特征在于，所述的制备方法包括如下步骤：(1)将苯乙烯、二乙烯苯和甲基丙烯酸酯的单体溶液按比例混合，加过氧化苯甲酰或偶氮二异丙腈作为引发剂，并根据需要按比例加入式(a)或式(b...

【专利技术属性】
技术研发人员：田国新，杨素亮，张生栋，周今，张曦，杨志红，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11