一种分离和/或提取镧系元素的方法技术

本申请公开了一种分离和/或提取镧系元素的方法，包括以下步骤：将水处理剂与含有镧系元素的溶液接触，经吸附，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素；所述水处理剂为[V3O7]n

A method of separating and / or extracting lanthanide elements

【技术实现步骤摘要】
一种分离和/或提取镧系元素的方法
本专利技术属于镧系元素水处理领域，具体涉及一种可批量合成的水处理剂高效、高选择性地提取和分离水中镧系元素的方法。
技术介绍
能源与环境一直是当今社会两大热点问题。随着社会的发展，人类对能源的需求逐渐增大，然而化石能源是不可再生的，且利用过程中会带来许多环境问题。核能因其高效、清洁受到了许多国家的青睐。但是核能发展的同时带来了核废液处理等问题。核废液造成的相关环境问题已成为各国关注的重点、难点，放射性离子很容易释放到水和土壤中，造成污染的同时对水生生物和人类健康构成严重威胁。镧系元素作为主要的核裂变产物之一，造成的污染周期长、难以生物降解、放射性水平高、难以修复(Arab.J.Geosci.2017,10(13)；J.Anal.At.Spectrom.2017,32(12),2360-2370)。152-154Eu放射性同位素(152Eu半衰期约为13.3年；154Eu半衰期约为8.6年)作为镧系元素的代表,可以通过破坏突触递质的转运和释放，阻断某些膜受体(如GABA和谷氨酸受体)的传递，从而改变人体的正常生理过程(ActaBiochim.Pol.2000,47(4),1107-1114)。152-154Eu、137Cs(半衰期约为30.2年)和90Sr(半衰期约为28.8年)作为核裂变的主要产物，常常伴随出现，他们的有效分离对实现高放射性核废液的减容和资源回收至关重要(Environ.Sci.Technol.2009,43(9),3115-3121；Environ.Sci.Technol.2008,42(17),6532-6537)。此外，由于镧系元素和锕系元素具有相似的离子半径和吸附行为，152-154Eu常被用作长寿命放射性锕系元素的替代物来研究(J.Radioanal.Nucl.Chem.2014,302(1),441-449)。另一方面，镧系元素被认为是现代的“黄金”或“工业的维生素”(Geosy.Eng.2014,17(3),178-194)，在信息时代发挥着关键作用，具有优异的磁、光、电性能，特别是在农业、国防和高科技工业中无可替代(J.Am.Chem.Soc.2012,134(17),7333-7336；Chem.Rev.2009,109(9),4283-374；J.Am.Chem.Soc.2002,124(6),1079-1088)。随着镧系元素应用范围的不断扩大，全球对镧系元素的需求以每年3.7～8.6％的速度增长(Crit.Rev.Env.Sci.Tec.2015,45(7),749-776)。因此，发展镧系元素的循环利用对人类健康、能源回收利用和环境保护都有重要意义。目前，从水中提取和分离镧系元素的方式主要有：化学沉淀法、液膜法、生物处理法、吸附法、离子交换法等(Metall.Mater.Trans.B2003,34(5),611-617；J.Membr.Sci.1998,144(1-2),57-64；Ind.Eng.Chem.Res.2010,49(9),4405-4411；J.Am.Chem.Soc.2017,139(12),4314-4317)。其中，吸附和离子交换法因操作简单、成本低、无二次污染受到广泛关注。当前，沸石、不溶性亚铁氰化物和杂多酸盐已被用于提取和分离镧系元素，但是已有的这些材料存在选择性差、耐酸碱范围窄、对放射性离子分离能力差的缺点，阻碍了其进一步应用(J.Am.Chem.Soc.2017,139(12),4314-4317)。特别是，高放废液是高酸性的，而大多数水处理剂在酸性条件下对镧系元素吸附能力大幅度降低(J.Am.Chem.Soc.2017,139(46),16494-16497)。因此亟需发展一种耐酸碱、耐辐照的镧系元素水处理剂以实现高效、高选择性地提取和分离镧系元素。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，本专利技术提供了一种利用可批量合成的[V3O7]nn-层状骨架材料高效提取和分离水溶液中镧系元素的方法。该方法对镧系元素提取可实现高的吸附量(特别是在酸性条件下)、快速的动力学响应和优异的选择性。层状钒酸盐水处理剂具有优异的耐辐照性和耐酸碱性，并且通过廉价易操作、环境友好的方法可将吸附的镧系元素洗脱，实现高效的提取和分离水溶液中的镧系元素。所述分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水处理剂与含有镧系元素的溶液接触，经吸附，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素；所述水处理剂为[V3O7]nn-层状骨架材料。利用批量合成的水处理剂高效、高选择性去除、分离和回收水中镧系元素的方法，以[V3O7]nn-层状骨架材料为水处理剂处理水中镧系元素(包括酸性水溶液中的镧系元素)，使两者接触一定时间完成镧系元素的吸附；将所述[V3O7]nn-层状骨架材料与含K+、Na+、Ca2+、Mg2+、Cs+、Sr2+等干扰离子的镧系元素水溶液混合，可实现水处理剂对镧系元素的选择性吸附。选用的水处理剂为基于[V3O7]nn-层状骨架的钒酸盐材料。具体地，提取和分离镧系元素的方法中利用的[V3O7]nn-层状骨架材料其特征在于，易于交换的有机胺阳离子R位于二维层状骨架的层间(J.Mater.Chem.2004,14(19),2922-2928)。优选地，所述R任选自含氮有机阳离子，比如：二甲基铵阳离子、乙基铵阳离子、哌啶基阳离子中的至少一种。可选地，所述水处理剂为[Me2NH2]V3O7。可选地，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素的温度为20～80℃；所述接触的时间为2～12小时。可选地，所述水处理剂与含有镧系元素的溶液接触，在2小时内达到吸附平衡。该提取和分离镧系元素的方法，具有快速的动力学，对镧系元素的去除在2h内达即可达到平衡状态。可选地，所述含有镧系元素的溶液包括工业废水、放射性废水、饮用水。所述含有镧系元素的溶液包含除Pm外的镧系元素中的一种或几种，所述被处理的水溶液包括工业废水、放射性废水和饮用水等。可选地，所述水处理剂的稳定溶液的pH为1～12。所述含有镧系元素的溶液中镧系元素的浓度为0.2～3000ppm。可选地，所述含有镧系元素的溶液的pH为2.0～8.1。可选地，所述含有镧系元素的溶液的pH为2.5。水处理剂在pH为1至12范围内保持稳定，吸附镧系元素的温度在20至80℃左右，50℃为优选方案。可选地，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素的pH为2.0～8.1。可选地，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素的pH为2.5。可选地，所述接触的方式包括：粉体和/或晶体水处理剂与含镧系元素的溶液接触一定时间。可选地，所述接触的方式包括：将含有镧系元素的溶液通过层析柱，在层析柱中分离和/或提取溶液中的镧系元素；所述层析柱中填充有水处理剂。该提取和分离镧系元素的方法，利用[V3O7]nn-层状骨架材料填充的离子分离层析柱对镧系元素混合溶液具有去除能力，在常温下去除率最高可达88.7％。可选地，所述含有镧系元素的溶液中包含Eu3+、Sm3+；中性条件下，所述水处理剂对Eu3+吸附量不低于161mg/g，对Sm3+吸附量不低于135mg/g；酸性条件下，所述水处理剂对Eu3+的吸附量不低于75mg/g。该提取本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水处理剂与含有镧系元素的溶液接触，经吸附，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素；所述水处理剂为[V3O7]n

【技术特征摘要】
1.一种分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，包括以下步骤：将水处理剂与含有镧系元素的溶液接触，经吸附，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素；所述水处理剂为[V3O7]nn-层状骨架材料。2.根据权利要求1所述的分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，所述水处理剂分离和/或提取所述镧系元素的温度为20～80℃；所述接触的时间为2～12小时；优选地，所述水处理剂与含有镧系元素的溶液接触，在2小时内达到吸附平衡。3.根据权利要求1所述的分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，所述含有镧系元素的溶液包括工业废水、放射性废水、饮用水。4.根据权利要求1所述的分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，所述含有镧系元素的溶液中镧系元素的浓度为0.2～3000ppm；优选地，所述含有镧系元素的溶液的pH为2.0～8.1；进一步优选地，所述含有镧系元素的溶液pH为2.5。5.根据权利要求1所述的分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，所述接触的方式包括：将含有镧系元素的溶液通过层析柱，在层析柱中分离和/或提取溶液中的镧系元素；所述层析柱中填充有水处理剂。6.根据权利要求1所述的分离和/或提取镧系元素的方法，其特征在于，所述含有镧系元素的溶液中包含E...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙海燕，冯美玲，黄小荥，
申请(专利权)人：中国科学院福建物质结构研究所，
类型：发明
国别省市：福建,35