一种碘离子吸附剂、其制备方法及应用技术

本申请公开了一种碘离子吸附剂，其特征在于，包括对碘离子有吸附作用的有机化合物修饰的碳气凝胶。该碘离子吸附剂性能优良，化学稳定性和机械强度好，吸附碘离子的操作过程简单，无需碘离子(I‑)氧化过程，吸附碘离子后易于再生，并且再生后吸附性能保持良好，对于卤水提取碘离子具有明显的优势。

Iodine ion adsorbent, preparation method and application thereof

The present invention discloses an iodide adsorbent, which is characterized by a carbon aerogel modified by an organic compound adsorbed on iodine ions. The iodine ion adsorbent has excellent performance, good chemical stability and mechanical strength, simple operation process of adsorbing iodine ion, no iodine ion (I) oxidation process, easy regeneration after adsorbing iodine ion, and good adsorption performance after regeneration. It has obvious advantages for extracting iodine ion from brine.

【技术实现步骤摘要】
一种碘离子吸附剂、其制备方法及应用
本申请涉及一种碘离子吸附剂、其制备方法及应用，属于吸附材料领域。
技术介绍
碘素及其化合物在药物、染料、能源材料、食品添加剂、造影等领域有着极其广泛的应用，且市场需求量逐年增加。2011年统计数据显示我国碘需求量是3000-4000t/a，且以20％的速度逐年增长，但国内碘的年产量仅约300t。碘原料的供应日趋紧张，促使碘资源的开发利用备受关注。另一方面，核设施产生的放射性废料中放射性碘进入环境后，会通过各种循环系统最终在人体内积累，进入甲状腺而致癌变；此外，工业醋酸、电解用氯化钠中杂质碘(主要为I-)的存在会使相关化工生产过程中贵金属催化剂中毒，离子膜使用寿命缩短、生产效率降低等。因此，放射性碘和杂质碘的分离去除也非常重要。以碘离子为起始物质，从溶液中分离提取碘的方法主要有空气吹出法、萃取法、吸附法等，其中吸附法具有工艺简单、污染小、能耗低等优点，适合于分离提取卤水体系中较低含量的碘。目前碘离子的吸附研究主要分为以下两种：一是将碘离子氧化为单质碘后被吸附剂吸附；二是吸附剂直接吸附碘离子。目前国内外分离提取碘离子，主要采用第一种方法，然而该方法工艺流程较长，而且碘离子氧化过程会造成较大的环境问题。直接吸附溶液中碘离子的研究虽然有一些报导，但所采用的吸附剂综合性能较差。市售普通阴离子交换树脂虽然吸附容量高，但选择性差以及离子交换树脂的溶胀比较大，且无法排除共存Cl-的干扰。目前，科研人员研究了多种新型吸附材料对碘离子的吸附，但是循环使用性能均不理想。例如：高书宝等人利用活性碳纤维(Activatedcarbonfiber,ACF)提取含碘卤水中的碘离子，结果表明，吸附平衡数据符合Langmuir等温方程，在pH＝2～3左右，NaNO2作为氧化剂，1mol/LHCl预处理活性碳纤维的条件下，吸附率达到90％以上。含铜或银等化合物的碘离子吸附剂虽然选择性很好，吸附容量也比较高，但一次吸附后吸附剂难于再生，无法循环使用。于艳伟等人制备出粒状复合镁铝氧化物，并对碘离子进行吸附研究，结果表明，粒状复合镁铝氧化物对碘离子的吸附性能(1.7mmol/g)明显优于粉状复合镁铝氧化物(0.20mmol/g)，然而循环使用的效果一般。传统的有机树脂骨架碘离子吸附剂，在吸附-脱附过程中膨胀与收缩比较严重，存在机械性能较差、再生困难等缺陷。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供了一种直接吸附碘离子的碘离子吸附剂，该吸附剂性能优良，化学稳定性和机械强度好，吸附碘离子的操作过程简单，无需碘离子氧化过程，吸附碘离子后易于再生，并且再生后吸附性能保持良好；对于卤水提取碘离子具有明显的优势。所述碘离子吸附剂，其特征在于，包括对碘离子有吸附作用的有机化合物修饰的碳气凝胶。优选地，所述碘离子吸附剂，其特征在于，由对碘离子有吸附作用的有机化合物修饰的碳气凝胶组成。优选地，所述碳气凝胶具有三维网络结构。优选地，所述碳气凝胶选自生物质碳气凝胶中的至少一种。优选地，所述对碘离子有吸附作用的有机化合物选自有机硅氧烷化合物中的至少一种。进一步优选地，所述有机硅氧烷化合物选自化学式中含有如式I所示结构单元的化合物、化学式中含有如式II所示结构单元的化合物中的至少一种：式I和式II中，R1，R2，R3，R4，R5独立地选自氢、C1～C10的烷基；n选自1至10之间的任意整数；式II中，R6独立地选自氢、C1～C10的烷基。优选地，所述对碘离子有吸附作用的有机化合物为二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺和/或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。当对碘离子有吸附作用的有机化合物为γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷时，所述碘离子吸附剂在强酸条件下(pH≤2)对碘离子具有很强的吸附作用。制备所述碘离子吸附剂的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(a)获得碳气凝胶；(b)将碳气凝胶浸渍于对碘离子有吸附作用的有机化合物中进行修饰后，经洗涤、干燥得到所述碘离子吸附剂。优选地，步骤(a)所述碳气凝胶是以生物质材料为原料制备的碳气凝胶，具有三维网络结构。优选地，步骤(a)所述碳气凝胶由生物质材料经水热处理、洗涤、冷冻干燥后得到。优选地，所述生物质材料选自瓜皮、果皮、甘蔗、莴苣中的至少一种。优选地，所述水热处理的温度为150℃～220℃，时间为10～18h。优选地，所述洗涤方法为：采用含有乙醇的水溶液为清洗液，洗涤水热处理后所得水凝胶至清洗液为无色。优选地，所述冷冻干燥的条件为：在-80℃～-50℃条件下冷冻干燥40～50h。进一步优选地，所述冷冻干燥的条件为：在-70℃条件下冷冻干燥40～50h。碳气凝胶与对碘离子有吸附作用的有机化合物的用量，以对碘离子有吸附作用的有机化合物能够完全浸没碳气凝胶为准，本领域技术人员可根据实际需要，选择具体的用量比例。优选地，碳气凝胶与对碘离子有吸附作用的有机化合物的质量比为1：5～40。优选地，步骤(b)所述浸渍时间为4～24h。优选地，步骤(b)所述浸渍温度为10℃～40℃下。进一步优选地，步骤(b)所述浸渍温度为室温。优选地，步骤(b)所述干燥的温度为60℃～100℃。根据本申请的又一方面，提供上述任一碘离子吸附剂和/或根据上述任一方法制备得到的碘离子吸附剂在酸性环境中吸附/分离碘离子的应用。根据本申请的又一方面，提供上述任一碘离子吸附剂和/或根据上述任一方法制备得到的碘离子吸附剂在海水、卤水或其他含碘废水中吸附/分离碘离子的应用。根据本申请的又一方面，提供上述任一碘离子吸附剂和/或根据上述任一方法制备得到的碘离子吸附剂的再生方法，其特征在于，所述碘离子吸附剂吸附碘离子后，先用3wt％～10wt％的氨水脱附，再用3wt％～10wt％的盐酸再生。本申请的有益效果包括但不限于：(1)吸附剂制备过程简单，快速；(2)吸附剂成本较低，基本采用廉价的生物质为吸附剂基体材料的初始原料。(3)吸附剂再生工艺简单，可以实现一定程度的循环使用。(4)在处理含碘离子的盐酸溶液、醋酸溶液时，不会造成二次污染。(5)在提取海水或者是卤水的碘离子时，体系无需氧化，且对体系的碘离子无限制。附图说明图1是W-CA@KH-560-4#对I-的吸附动力学曲线。图2是W-CA@KH-560-4#对I-的吸附热力学曲线。具体实施方式下面结合实施例详述本申请，但本申请并不局限于这些实施例。除注明的具体条件外，实施例中的试验方法均按照常规条件进行，试剂均来自商业购买。实施例中，吸附容量采用下式III计算得到：C0和Ct是I-的初始浓度以及吸附t时间时的浓度，浓度单位为mmol/L；qt(mmol/g)是吸附剂在t时刻的吸附容量，单位是mmol/g；V,m(g)是吸附溶液的体积和吸附剂的用量。吸附液中碘离子的含量用紫外可见分光光度计进行测定。实施例中，γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷简写为KH-560；二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺简写为KH-170。吸附试验储备液：吸附原液(pH～7)0.04mol/L的KI溶液，根据不同的要求进行稀释本溶液即可。吸附原液用8mol/L的HCl溶液和1mol/LNaOH溶液进行pH调节。实施例中，未做特殊说明，％均表示wt％。实施例1生物质碳气凝胶的制备称取20g西瓜皮和20g莴苣，分别切成尺寸大约1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种碘离子吸附剂，其特征在于，包括对碘离子有吸附作用的有机化合物修饰的碳气凝胶。

【技术特征摘要】
1.一种碘离子吸附剂，其特征在于，包括对碘离子有吸附作用的有机化合物修饰的碳气凝胶。2.根据权利要求1所述的碘离子吸附剂，其特征在于，所述对碘离子有吸附作用的有机化合物选自有机硅氧烷化合物中的至少一种。3.根据权利要求2所述的碘离子吸附剂，其特征在于，所述有机硅氧烷化合物选自化学式中含有如式I所示结构单元的化合物、化学式中含有如式II所示结构单元的化合物中的至少一种：式I和式II中，R1，R2，R3，R4，R5独立地选自氢、C1～C10的烷基；n选自1至10之间的任意整数；式II中，R6独立地选自氢、C1～C10的烷基。4.根据权利要求1所述的碘离子吸附剂，其特征在于，所述对碘离子有吸附作用的有机化合物为二(3-三甲氧基甲硅烷基丙基)胺和/或γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷。5.制备权利要求1至4任一项所述碘离子吸附剂的方法，其特征在于，至少包括以下步骤：(a)获得碳气凝胶；...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴爱国，孙犁，张玉杰，刘海宁，叶秀深，张慧芳，吴志坚，
申请(专利权)人：中国科学院宁波材料技术与工程研究所，中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：浙江,33