一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的制备方法和应用技术

一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的制备方法和应用，属于从稀土矿浸出液中回收稀土的领域。所得产品具有孔隙率大、机械强度高、吸附容量大和吸附速率快等优点。由于纳米羟基磷灰石的引入大大增强了海藻酸钠的机械强度，聚乙二醇作为致孔剂，使该材料产生大量的孔隙，大大增加了该材料的比表面积，从而增加了海藻酸钠中羧基和羟基、纳米羟基磷灰石中磷酸基团与稀土离子结合的面积，而且其产生的孔隙可以吸收和储存大量的稀土离子。因此在适宜的pH条件下，该材料可以有效吸附稀土矿浸出液中的稀土离子。本发明专利技术制备工艺简单，条件温和，生产周期较短，易于实现规模化工业生产,具有较高的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的制备方法和应用
本专利技术属于从稀土矿浸出液中回收稀土的研究领域，涉及利用一种吸附材料吸附稀土矿浸出液中的稀土离子并解吸回收稀土离子的方法。特别是涉及一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠复合吸附材料的制备方法及其在吸附稀土矿浸出液中的多种稀土离子的应用。
技术介绍
稀土是世界关注的重要战略资源，因其独特的物理、化学性质，广泛应用于新能源、新材料、节能环保、航空航天、电子信息等科技领域，是现代工业不可或缺的重要元素，被誉为“工业黄金”和“工业维生素”。我国是世界稀土大国，然而近年来不合理的开采使用，不仅使环境受到污染，更造成了稀土资源的浪费。目前使用的方法，约90％属于池浸开采或堆浸开采工艺，约10％属于原地浸矿工艺。这些方法普遍存在稀土提取过程浸出液体积过大，回收及后续处理负荷大等一系列问题。因此，我们迫切需要一种有效的方法来处理稀土矿浸出液中的稀土离子。吸附法因其具备高效率，设计和操作灵活，可再生性和良好的选择性等优点而对稀土离子的回收处理具有重要意义。吸附剂的选择与制备是吸附法的关键。海藻酸钠是一种从褐藻中提取天然多糖，具有产量高，可生物降解，亲水性和低成本等优点，它易与离子如Ca2+交联和硬化，从而使海藻酸钠形成水凝胶。海藻酸盐作为染料和稀土离子的吸附剂已被广泛研究，海藻酸盐对吸附质的去除性主要取决于其高含量的羧基和羟基。然而海藻酸钠基的吸附材料普遍存在机械强度差，不易回收再利用等缺点。纳米羟基磷灰石可用作无机吸附剂，对各种稀土离子具有良好的吸附能力。然而，纳米羟基磷灰石在没有稳定剂的水溶液中的聚集会导致其吸附能力的损失；此外，在稀土离子被吸附后，分散且高度稳定的纳米羟基磷灰石不易从水溶液中分离出来。基于上述问题，本专利技术提出将纳米羟基磷灰石固定于海藻酸钠中，既克服了海藻酸钠机械强度差的缺点，同时解决了纳米羟基磷灰石易聚集影响吸附效率，不易回收等问题，进一步地，为增大材料的孔隙，本专利技术引入聚乙二醇作为致孔剂，增加该吸附材料的比表面积，以提高其对稀土离子的吸附量，从而达到有效吸附稀土离子的目的。
技术实现思路
本专利技术的目的之一是提供一种回收稀土矿浸出液中稀土离子吸附剂，以解决现有回收稀土矿浸出液中稀土离子吸附剂成本高、合成工艺复杂、机械性差或吸附容量低等问题。本专利技术的目的之二是提供一种回收稀土矿浸出液中稀土离子吸附剂的制备方法，以制备一种具备回收稀土矿浸出液中稀土离子效果良好，合成工艺简单，成本低，能循环利用等优点的吸附剂。本专利技术的目的之三是提供一种回收稀土矿浸出液中稀土离子吸附剂的应用，以采用吸附剂吸附回收稀土矿浸出液中稀土离子，降低稀土矿浸出液中稀土的含量，实现对稀土离子的回收和对稀土矿浸出液的净化。本专利技术所要解决的问题是，针对现有吸附剂材料制备工艺复杂、吸附率低、机械性差等方面的不足，提供一种利用简单方法制备纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔吸附材料的方法及其在回收稀土矿浸出液中稀土离子的应用。该材料同时具有羧基、羟基和磷酸基团，因此在适宜的pH下，该材料能吸附回收稀土矿浸出液中稀土离子，具有吸附量容大、吸附速率快、机械性能好、可循环使用等优点。本专利技术提供一种回收稀土矿浸出液中稀土离子吸附剂的制备方法，以制备一种回收稀土矿浸出液中稀土离子效果良好，合成工艺简单，成本低，能循环利用的新型吸附剂。以及用这种材料吸附稀土矿浸出液中以铈离子、钕离子、铒离子为代表的稀土离子。一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的制备方法，步骤如下：1)将纳米羟基磷灰石溶于去离子水中，超声30分钟使其分散，防止聚集，机械搅拌1小时，充分混合均匀。2)将海藻酸钠加入步骤1)的混合溶液中，机械搅拌2小时。3)将聚乙二醇加入步骤2)的混合溶液中，机械搅拌1小时。4)将步骤3)的混合溶液浸于氯化钙溶液中固化1小时，过滤分离后得到白色珠粒。5)将步骤4)得到的白色珠粒浸于去离子水中一天，以去除多余的聚乙二醇。6)取步骤5)的产物过滤分离后置于烘箱中40℃条件下干燥8小时，最终得到复合材料。上述步骤1)所述纳米羟基磷灰石与去离子水的用量比为0.01～0.04g：1mL；上述步骤2)所述纳海藻酸和钠米羟基磷灰石的用量比为1～4:1；上述步骤3)所述海藻酸钠和聚乙二醇的用量比为1:0.2～1；上述步骤4)所述氯化钙和水的用量比为0.0002g：1mL；本专利技术同时提供了所述纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料作为吸附剂在废水稀土离子吸附处理中的应用；其中，上述应用中所述稀土离子指以铈离子、钕离子、铒离子为代表的稀土离子；所述处理条件是：pH＝6～7，处理时间为1小时以上；进一步的，上述应用中所述吸附处理的条件优选：pH为6，处理时间为2小时；在此条件下，纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料对稀土离子铈离子、钕离子和铒离子的移除率分别为98.7％、99.2％和98.9％，吸附量分别为415.6mg/g、456.3mg/g和423.8mg/g；上述应用中，所述纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料先用去离子水冲洗上述吸附有稀土离子的吸附剂，洗涤杂质离子，再用一定量的浓度为0.1mol/L的盐酸溶液洗脱吸附剂，解吸稀土离子；进一步地，所述纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料在上述解析条件下解析后，能够实现重复使用，该材料重复使用5次后，对于染料的去除率仍可达到90％以上。附图说明图1为纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的扫描电镜图。图2为纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的红外光谱图。具体实施方式下面介绍本专利技术的具体实施例，但本专利技术不受实施例的限制。实施例1：纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的制备1)将2g纳米羟基磷灰石溶于50mL去离子水中，超声30分钟使其分散，防止聚集，机械搅拌1小时，充分混合均匀。2)将2g海藻酸钠加入步骤1)的混合溶液中，机械搅拌2小时。3)将0.4g聚乙二醇加入步骤2)的混合溶液中，机械搅拌1小时。4)将步骤3)的混合溶液浸于100mL2％的氯化钙溶液(氯化钙与水的用量比为0.0002g：1mL)中固化1小时，过滤分离后得到白色珠粒。5)将步骤4)得到的白色珠粒浸于去离子水中一天，以去除多余的聚乙二醇。6)取步骤5)的产物过滤分离后置于烘箱中40℃条件下干燥8小时，最终得到复合材料。附图1给出了本专利技术所得纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的扫描电镜图，该附图说明：扫描电镜图显示，纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料表面粗糙，呈多孔结构，这种结构有利于吸附效率的提高和吸附量的增加。附图2给出了本专利技术所得纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的红外光谱图，该附图说明：在海藻酸钠(SA)的红外谱图中，3440cm-1处的吸收峰是-OH的伸缩振动吸收峰，1633cm-1处的吸收峰是-COOH中的C＝O的伸缩振动峰，1116cm-1处的吸收峰是-COOH中-C-O的伸缩振动峰。在纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料(SA-HA-PEG)的红外光谱谱图中，565cm-1，603cm-1,1033cm-1处的吸收峰是纳米羟基磷灰石中PO43-的伸缩振动吸收峰，-OH的伸缩振动峰从3440cm-1移向了3446cm-1，C＝O的伸缩振动吸本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料制备方法，其特征在于包含以下步骤：1)将纳米羟基磷灰石溶于去离子水中，经超声、机械搅拌，充分混合均匀；2)将海藻酸钠加入步骤1)的混合溶液中；3)将聚乙二醇加入步骤2)的混合溶液中；4)将步骤3)的混合溶液浸于氯化钙溶液中固化，过滤分离后得到白色珠粒；5)将步骤4)得到的白色珠粒浸于去离子水中，以去除多余的聚乙二醇。6)取步骤5)的产物过滤分离后经干燥，最终得到复合材料。

【技术特征摘要】
1.一种纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料制备方法，其特征在于包含以下步骤：1)将纳米羟基磷灰石溶于去离子水中，经超声、机械搅拌，充分混合均匀；2)将海藻酸钠加入步骤1)的混合溶液中；3)将聚乙二醇加入步骤2)的混合溶液中；4)将步骤3)的混合溶液浸于氯化钙溶液中固化，过滤分离后得到白色珠粒；5)将步骤4)得到的白色珠粒浸于去离子水中，以去除多余的聚乙二醇。6)取步骤5)的产物过滤分离后经干燥，最终得到复合材料。2.根据权利要求1所述的纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料的制备方法，其特征在于：步骤1)所述纳米羟基磷灰石与去离子水的用量比为0.01～0.04g：1mL；步骤2)中海藻酸钠和纳米羟基磷灰石的用量比为1～4:1。3.根据权利要求1所述的纳米羟基磷灰石/海藻酸钠多孔复合吸附材料...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵晓伟，鞠晓君，吕宏光，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：天津,12