本发明专利技术公开了一种掺钒纳米氧化钨材料的制备方法及其应用，其特点是将浓度为0.2～0.3mol/L的六氯化钨溶液4～10份，置于聚四氟乙烯反应釜中，加入二次蒸馏水12～20份，搅拌使其充分溶解；在上述溶液中加入浓度为0.06～0.6mmol/L的偏钒酸钠溶液1～10份，继续搅拌，充分混合；再将浓度为2～4mol/L的盐酸溶液1～5份和浓度为0.4～0.5mol/L的硫酸铵溶液28～35份，加入上述聚四氟乙烯反应釜中，搅拌0.5～1h；将聚四氟乙烯反应釜密封，置于程序烘箱中，升温和降温速率分别为1～2℃/min，在温度为150～200℃的水热处理24～48h.取出反应釜，冷却至室温.将反应产物分别用蒸馏水洗涤至中性，置于温度80～100℃烘箱中干燥24～48h，获得掺钒纳米氧化钨材料。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种掺钒纳米氧化钨材料的制备方法及其应用，属于无机功能材料的制备领域。
技术介绍
137Cs是高放废液中的主要释热核素，如能将其分离出来，可使高放废液的放射性水平大大降低，减少放射性废液后续处理及废物固化处置费用。另外，137Cs可以作为γ辐射源在育种、食物辐照贮存，医疗器械杀菌、癌症治疗以及各种仪表领域有广泛的应用。因而，高放废液中137Cs的分离一直是国内外乏燃料后处理领域关注的热点之一，也是后处理过程中的一个重要目标。(张琪等在广东化工，2015，22(43)：1，王云生等在盐业与化工，2011，43(2)：34，罗静等广东微量元素科学，2007,14(10)6)现有分离137Cs的主要方法有液-液萃取法和离子交换法。目前用于高放废液中放射性核素的提取的萃取剂主要为杯芳烃和冠醚类萃取剂，但大量的研究结果表明此类萃取剂对90Sr有良好的萃取效果，对137Cs的分离能力欠佳(详见张华明等在同位素，2009，22(4)：237-246)。另外，与高放废液中的锕系核素离子相比，Cs+水合作用有比较低的放热焓和相对高的熵，且Cs+电荷密度低，与对绝大多数萃取剂形成配合物的生成自由能不足以导致阳离子完全脱水，因此，从理论上讲，采用离子交换法从水性溶液中分离137Cs具有一定的优势，另外，无机材料由于耐高温，抗辐射，并可很方便地装柱，操作流程比较简单，易于实现工程化应用。但由于绝大多数铀靶都采用浓硝酸(>3molL-1HNO3)熔(溶)靶，废液多为强酸性，目前报道的各种无机离子交换剂还不能在强酸性放射性废液中对137Cs具有特异离子交换(吸附)性能，满足酸性废液工程处理实际应用的要求。(详见ClearfieldA等人在JMaterSci,2006,41:1125)近年来，化学家们希望通过对这类材料的骨架类型、孔穴形状、孔道分布、空腔体积以及结构单元所带的电荷等因素进行有效组合、调控，以拓展无机材料在高放废液处理领域的应用。掺杂改性是目前改善无机材料属性的有效方法，如采用Al3+、Ga3+取代硅酸盐沸石中的部分Si4+原子会使材料骨架的负电荷增加，从而提高材料的离子交换性能(详见EapenMJ等人在J.InclusionPhenom.Mol.RecognitionChem.1992,14:119)；在研究磷酸盐多孔材料过程中发现采用Mg2+、Zn2+取代磷酸铝沸石中的Al3+可以提高材料的催化性能与离子选择性(详见DedecekJ等人在Appl.Catal.B1998,15:233)；如Na2Nb2O6对Sr2+的离子交换性能并不高，但是如果采用Ti4+或Zr4+取代结构中的Nb5+，获得铌酸八面体分子筛(Na2Nb1.6Ti0.4O6或Na2Nb1.6Zr0.4O6)，则该材料对Sr2+的离子交换作用得到明显的提高(详见MayN等在J.Am.Chem.Soc.2001,123:1529)。六方氧化钨A(W5+W6+)3O9(A为孔道中客体离子)沿着c轴方向存在一维六元环孔道，其孔道中可以容纳客体离子如NH4+和Na+离子等，因为孔径大，客体离子半径相对小，很容易被交换，表现出离子交换性能。但长期以来，人们主要关注其导电性、超导性以及光学性能等，离子交换性能未引起足够的重视。如果采用离子半径更小的钼原子取代六方钨青铜氧化钨结构中的一部分钨原子，对孔道进行调控获得晶态微孔六方钨青铜，该材料在1molL-1硝酸溶液中对Sr2+具有较高的离子交换(吸附)容量(详见VittorioLuca等在Inorg.Chem.2009,48,5663–5676))，已用于处理澳大利亚ANSTO裂变99Mo同位素生产线的强酸性放射性废物。因此，将变价过渡金属离子引入微孔骨架结构中是获得高效分离材料的有效手段之一。
技术实现思路
本专利技术目的是针对现有技术的不足而提供一种钒掺杂纳米氧化钨吸附材料的制备方法及其应用，其特点是将过渡金属离子钒引入WO6八面体结构中，使整个八面结构具有较大比表面积、并且改变纳米氧化钨内部电子的排列、空穴和缺陷的变化，显著改善纳米氧化钨材料对Cs+吸附性能，从而拓宽该类型材料在放射性废物处理领域的应用本专利技术的目的由以下技术措施实现，其中所述原料份数除特殊说明外，均为重量份数。掺钒纳米氧化钨材料的制备方法包括以下步骤：(1)将浓度为0.2～0.3mol/L的六氯化钨溶液4～10份，优选为6～8份，置于聚四氟乙烯反应釜中，加入的二次蒸馏水12～20份，优选为12～15份，搅拌使其充分溶解；(2)在上述溶液中加入浓度为0.06～0.6mmol/L的偏钒酸钠溶液1～10份，优选为4～8份，继续搅拌，充分混合；(3)将浓度为3～5mol/L的盐酸溶液1～5份，优选为2～3份，和浓度为0.4～0.5mol/L的硫酸铵溶液26～33份，优选为28～30份，加入上述混合溶液至于100mL聚四氟乙烯反应釜中，搅拌0.5～1h；4)将聚四氟乙烯反应釜密封，置于程序烘箱中，升温和降温速率分别为1～2℃/min，在温度150～200℃、优选为170℃～180℃的水热处理24～48h.取出反应釜，冷却至室温.将反应产物分别用蒸馏水洗涤至中性，置于温度80～100℃烘箱中干燥24～48h，获得钒掺杂氧化钨纳米材料。所述掺钒纳米氧化钨的制备方法制备得到的掺钒纳米氧化钨材料。所述掺钒纳米氧化钨材料应用在放射性废物处理领域。掺钒氧化钨吸附Cs+的实验如下：(1)配制500mL浓度为200mg/L的硝酸铯溶液。(2)吸附实验在恒温振荡器中进行，称取一定量(200mg)的不同掺钒量的氧化钨至200mL容量瓶中，分别加入100mL浓度为200mg/L的硝酸铯溶液，25℃恒温振荡24h进行吸附实验。振荡完毕，将上述溶液过滤，滤液进行离心取上层清液5mL到100ml容量瓶中，用二次蒸馏水定容。用原子吸收测定溶液中的Cs+的含量。用下式计算吸附量(Qe)：式中Qe为平衡时掺钒氧化钨的吸附量(mg/g)；C0和Ce分别为水相中Cs+的初始浓度(mg/L)和平衡浓度(mg/L)；m为掺钒氧化钨样品的质量(g)。结果表征与性能测试1、采用Y-4Q型X射线衍射仪(XRD)对实施例1的物相进行分析，结果详见图1所示。结果显示产品的XRD衍射谱与标准卡JCPDS33-1387相符，产品为六方晶体结型的WO3，且(001)晶面衍射峰较强，为晶体生长的方向。2、采用X-650型J型热场发射扫描电子显微镜(SEM)对实施例2获得样品的微观形貌和化学组成进行分析，结果详见图2，由图2可知钒掺杂氧化钨样品的形貌为纳米纤维状，尺寸约为50nm；3、采用PESpectrumTwo型傅立叶变换红外光谱仪对掺钒纳米氧化钨材料的红外谱图：结果详见图3所示、结果表明：V掺杂后氧化钨在1400cm-1处W-O峰的强度减弱。4、采用PE公司的原子吸收仪测量离子交换后溶液中的Cs+离子浓度，结果详见图4、图5及图6。本专利技术具有以下优点：1、本专利技术的目的在于提供一种掺钒纳米氧化钨吸附材料的制备方法，获得了对Cs+离子具有较好吸附容量的无机纳米材料，且整个工艺流程简单，易于实现。2、通过引入过渡金属离子V微调氧化钨晶体结构，得到孔道畅通、空隙率高、理化本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种掺钒纳米氧化钨材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将浓度为0.2～0.3mol/L的六氯化钨溶液4～10份，置于聚四氟乙烯反应釜中，加入二次蒸馏水12～20份，搅拌使其充分溶解；(2)在上述溶液中加入浓度为0.06～0.6mmol/L的偏钒酸钠溶液1～10份，继续搅拌，充分混合；(3)将浓度为2～4mol/L的盐酸溶液1～5份和浓度为0.4～0.5mol/L的硫酸铵溶液28～35份，加入上述聚四氟乙烯反应釜中，搅拌0.5～1h；(4)将聚四氟乙烯反应釜密封，置于程序烘箱中，升温和降温速率分别为1～2℃/min，在温度为150～200℃的水热处理24～48h.取出反应釜，冷却至室温.然后，将反应产物分别用蒸馏水洗涤至中性，置于温度80～100℃的烘箱中干燥24～48h，获得掺钒纳米氧化钨材料。以上各原料的份数除特殊说明外，均为重量份数。
【技术特征摘要】
1.一种掺钒纳米氧化钨材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将浓度为0.2～0.3mol/L的六氯化钨溶液4～10份，置于聚四氟乙烯反应釜中，加入二次蒸馏水12～20份，搅拌使其充分溶解；(2)在上述溶液中加入浓度为0.06～0.6mmol/L的偏钒酸钠溶液1～10份，继续搅拌，充分混合；(3)将浓度为2～4mol/L的盐酸溶液1～5份和浓度为0.4～0.5mol/L的硫酸铵溶液28～35份，加入上述聚四氟乙烯反应釜中，搅拌0.5～1h；(4)将聚四氟乙烯反应釜密封，置于程序烘箱中，升温和降温速率分别为1～2℃/min，在温度为150～200℃的水热处理24～48h.取出反应釜，冷却至室温.然后，将反应产物分别用蒸馏水洗涤至中性，置于温度80～100℃的烘箱中干燥24～48h，获得掺钒纳米氧化钨材料。以上各原料的份数除特殊说明外，均为重量份数。2.如权利要求1所述掺钒纳米氧化钨材料的制备方法，其特征在于该方法包括以下步骤：(1)将浓度为0...
【专利技术属性】
技术研发人员：余钱红，牟婉君，蹇源，李兴亮，马宗平，李梅，魏洪源，刘国平，钟文彬，陈琪萍，谢翔，唐惠，周官宏，
申请(专利权)人：中国工程物理研究院核物理与化学研究所，
类型：发明
国别省市：四川;51
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