一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术涉及一种镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料及应用，其特征在于，利用镁铁水滑石和羟基磷灰石，采用液相沉积法、水热合成法或超声辅助法制备，其中液相沉积法是在制备羟基磷灰石时加入镁铁水滑石；水热合成法是在制备镁铁水滑石时加入羟基磷灰石；超声辅助法是镁铁水滑石和羟基磷灰石的蒸馏水混合悬浊液在超声辅助和磁力搅拌下进行。本发明专利技术首次将镁铁水滑石/羟基磷灰石成功复合，实现了水滑石和羟基磷灰石两者的强项合二为一，构建出兼具有高吸附性能和重复使用性能优良的复合型吸附剂，在充分利用水滑石层状结构特性的同时又发挥了磷酸根对铀的高螯合性能，复合材料的吸附性能比水滑石和羟基磷灰石单体均有提高，吸附量可达296.1mg/g。

Preparation and Application of a Magnesium Iron Hydrotalcite Composite Hydroxyapatite Adsorbent

【技术实现步骤摘要】
一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法及其应用
本专利技术涉及环境科学、地下水污染处理技术、废水处理及复合材料领域，具体为一种镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料的制备及应用，适用于含铀放射性废水的处理。
技术介绍
随着全球能源结构的不断变化，合理而高效的利用核资源对于未来能源问题和环境保护问题具有重要的战略意义。核电在造福人类的过程中，同时也不可避免地产生放射性污染的问题，对人类健康和周边生态环境带来巨大的威胁。铀矿开采和加工、核电站正常排放和意外泄漏都会对周围的水环境造成一定程度的污染。例如，地表水、地下水以及采矿工业用水（如除尘降温水、湿法凿岩水、矿井地下涌水等）与含铀矿石接触，使矿石中部分铀元素转化和迁移出来。特别是地下水充沛的地区，在此过程中，含铀废水的产生量将高达数千吨。此外，铀矿采冶过程产生大量低品位尾矿，这些尾矿经过雨水和地表水的淋漓，会产生大量低浓度含铀废水，并进一步污染周边环境。近年来，为了从现有含铀废水中分离提取铀，并加强环境中铀的去除，广大学者针对铀的分离与富集及环境行为展开了深入的研究。目前，主要用于吸附富集铀元素，通常采用离子交换技术、膜分离技术、溶剂萃取技术，这些技术都有一些瓶颈，存在操作难度大、工艺技术复杂、设备运行成本高等问题。吸附法相比具有较突出的优势，操作简便、成本较低、吸附富集效果极好、再生性优良。
技术实现思路
本专利技术目的之一在于提供一种镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料的制备方法及应用。本专利技术目的之二在于提供一种镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料对水中放射性核素铀酰离子吸附富集的方法，及应用于含铀放射性废水的处理技术。水滑石材料从发现到人工合成，一系列衍生材料的合成，其发展经历了一个由问题缺陷为导向的过程：即由最初的水滑石，到不同阴离子插层的水滑石，再到骨架材料复合水滑石，最终制备特定性能的水滑石。水滑石材料因其具有来源广、抗辐射、热稳定性强等优良性能，使其应用也由最初的电化学、医学领域、阻燃领域，拓展至吸附领域。本专利技术目的是以功能性为导向，充分利用水滑石层间阴离子的易交换性和高反应活性，以及羟基磷灰石中磷酸根对铀的高螯合性能，达到强强联合的目的，制备出高吸附性能、高选择性的功能性吸附富集材料，这一设计思路产生了出人意料的效果，可以显著提高水滑石材料在表面官能团种类、数量较少的缺陷。本专利技术的目的之一是这样实现的：一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，利用镁铁水滑石和羟基磷灰石，采用液相沉积法、水热合成法或超声辅助法制备，其中液相沉积法是在制备羟基磷灰石时加入镁铁水滑石；水热合成法是在制备镁铁水滑石时加入羟基磷灰石；超声辅助法是镁铁水滑石和羟基磷灰石的蒸馏水混合悬浊液在超声辅助和磁力搅拌下进行。进一步，将三价金属铁盐和二价金属镁盐完全溶于蒸馏水中，得到金属盐溶液，加入羟基磷灰石于混合金属盐溶液中，搅拌调节溶液pH为10-12，持续搅拌，将混合溶液和固体转移至反应釜中，通过水热陈化，反应完成后，分离、清洗、干燥得到液相沉积法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。进一步，将0.002摩尔三价金属铁盐和0.004-0.006摩尔二价金属镁盐完全溶于100mL-150mL的蒸馏水中，得到金属盐溶液，加入0.5g-2.0g制备好的羟基磷灰石于混合金属盐溶液中，搅拌2±0.5h，随后用含有0.1±0.005摩尔碳酸钠和0.3±0.005摩尔氢氧化钠的混合碱溶液调节溶液pH为10-12，持续搅拌2±0.5h，将混合溶液和固体转移至聚四氟乙烯反应釜中，在80℃-140℃水热陈化8±1h，反应完成后，分离，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗3±1次，最后干燥得到液相沉积法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。进一步，将硝酸钙和磷酸二氢钾分别溶于蒸馏水中，得到硝酸钙溶液和磷酸二氢钾溶液，取镁铁水滑石先置于磷酸二氢钾溶液中，充分混匀，得到镁铁水滑石混合液，调节磷酸二氢钾溶液pH为10-10.5，随后将硝酸钙溶液缓慢地将入混合液中，持续搅拌，期间保持溶液pH稳定为10-10.5，搅拌结束后，溶液静置陈化，分离、清洗、干燥得到水热合成法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。进一步，将0.005±0.001摩尔硝酸钙和0.003±0.001摩尔磷酸二氢钾分别溶于50±2mL蒸馏水中，得到硝酸钙溶液和磷酸二氢钾溶液，取0.5g-2.0g制备好的镁铁水滑石置于50±2mL磷酸二氢钾溶液中，充分混匀，得到镁铁水滑石混合液，用1:1±0.5氨水调节磷酸二氢钾溶液pH为10-10.5，随后将硝酸钙溶液缓慢地将入上述混合液中，持续搅拌1±0.5h，期间保持溶液pH稳定为10-10.5，搅拌结束后，溶液静置陈化24±1h，分离，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗3±1次，最后干燥得到水热合成法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。进一步，按质量比1：0.2-5取羟基磷灰石和镁铁水滑石，置于蒸馏水中，得到镁铁水滑石和羟基磷灰石的混合悬浊液，在超声辅助和磁力搅拌下，混合反应0.5-3h，离心分离，再清洗、干燥得到超声辅助法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。进一步，包括下步骤：（1）镁铁水滑石的制备将0.002摩尔三价金属铁盐和0.004-0.006摩尔二价金属镁盐完全溶于100mL-150mL的蒸馏水中，随后用含有0.1±0.005摩尔碳酸钠和0.3±0.005摩尔氢氧化钠的混合碱溶液调节溶液pH为10-12，持续搅拌1±0.5h，期间保持溶液pH稳定为10-12，将所得溶液和固体转移至聚四氟乙烯反应釜中，在80℃-140℃水热陈化8h，反应完成后，分离，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗三次，最后干燥得到镁铁水滑石；（2）羟基磷灰石的制备将0.005±0.001摩尔硝酸钙和0.003±0.001摩尔磷酸二氢钾分别溶于50±2mL蒸馏水中，得到硝酸钙溶液和磷酸二氢钾溶液，用1:1±0.5氨水调节磷酸二氢钾溶液pH为10-10.5，随后将硝酸钙溶液缓慢地加入磷酸二氢钾溶液中，持续搅拌1±0.5h，期间保持溶液pH稳定为10-10.5，搅拌结束后，溶液静置陈化24±1h，分离，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗3±1次，最后干燥得到羟基磷灰石。进一步，包括下步骤：按1：0.5-1.5克取羟基磷灰石和镁铁水滑石，对应置于50±2mL蒸馏水中，得到镁铁水滑石和羟基磷灰石的混合悬浊液，在超声辅助和磁力搅拌下，混合反应0.5-3h，离心分离，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗3±1次，最后干燥得到超声辅助法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。进一步，在超声辅助和磁力搅拌下，其中超声强度为0.5-1.0W/cm2，磁力搅拌速率为300-600r/min。本专利技术的目的之二是这样实现的：一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂在对水中放射性核素铀酰离子的吸附富集及应用于含铀放射性废水的处理中的应用。向锥形瓶加入0.005-0.03g的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料，加入pH为3-11，浓度为5-60mg/L的含铀酰离子溶液，后将锥形瓶放入温度15-35℃的气浴恒温振荡器中振荡2min-30min，再取其溶液进行抽滤，并测定铀酰离子在吸附后的剩余浓度，随后根据溶液中铀酰离子的初始浓度和吸附后的剩余浓度，计算出镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料的吸附富集能力，及对本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，其特征在于，利用镁铁水滑石和羟基磷灰石，采用液相沉积法、水热合成法或超声辅助法制备，其中液相沉积法是在制备羟基磷灰石时加入镁铁水滑石；水热合成法是在制备镁铁水滑石时加入羟基磷灰石；超声辅助法是镁铁水滑石和羟基磷灰石的蒸馏水混合悬浊液在超声辅助和磁力搅拌下进行。

【技术特征摘要】
1.一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，其特征在于，利用镁铁水滑石和羟基磷灰石，采用液相沉积法、水热合成法或超声辅助法制备，其中液相沉积法是在制备羟基磷灰石时加入镁铁水滑石；水热合成法是在制备镁铁水滑石时加入羟基磷灰石；超声辅助法是镁铁水滑石和羟基磷灰石的蒸馏水混合悬浊液在超声辅助和磁力搅拌下进行。2.根据权利要求1所述的一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，其特征在于，将三价金属铁盐和二价金属镁盐完全溶于蒸馏水中，得到金属盐溶液，加入羟基磷灰石于混合金属盐溶液中，搅拌调节溶液pH为10-12，持续搅拌，将混合溶液和固体转移至反应釜中，通过水热陈化，反应完成后，分离、清洗、干燥得到液相沉积法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。3.根据权利要求1或2所述的一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，其特征在于，将0.002摩尔三价金属铁盐和0.004-0.006摩尔二价金属镁盐完全溶于100mL-150mL的蒸馏水中，得到金属盐溶液，加入0.5g-2.0g制备好的羟基磷灰石于混合金属盐溶液中，搅拌2±0.5h，随后用含有0.1±0.005摩尔碳酸钠和0.3±0.005摩尔氢氧化钠的混合碱溶液调节溶液pH为10-12，持续搅拌2±0.5h，将混合溶液和固体转移至聚四氟乙烯反应釜中，在80℃-140℃水热陈化8±1h，反应完成后，分离，用蒸馏水和无水乙醇反复清洗3±1次，最后干燥得到液相沉积法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。4.根据权利要求1所述的一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，其特征在于，将硝酸钙和磷酸二氢钾分别溶于蒸馏水中，得到硝酸钙溶液和磷酸二氢钾溶液，取镁铁水滑石先置于磷酸二氢钾溶液中，充分混匀，得到镁铁水滑石混合液，调节磷酸二氢钾溶液pH为10-10.5，随后将硝酸钙溶液缓慢地将入混合液中，持续搅拌，期间保持溶液pH稳定为10-10.5，搅拌结束后，溶液静置陈化，分离、清洗、干燥得到水热合成法制备的镁铁水滑石/羟基磷灰石复合材料。5.根据权利要求1或4所述的一种镁铁水滑石复合羟基磷灰石吸附剂的制备方法，其特征在于，将0.005±0.001摩尔硝酸钙和0.003±0.001摩尔磷酸二氢钾分别溶于50±2mL蒸馏水中，得到硝酸钙溶液和磷酸二氢钾溶液，取0.5g-2.0g制备好的镁铁水滑石置于50±2mL磷酸二氢钾溶液中，充分混匀，得到镁铁水滑石混合液，用1:1±0.5氨水调节磷酸二氢钾溶液pH为10-10.5，随后将硝酸钙溶液缓慢地将入上述混合液中，持续搅拌1±0.5h...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭亚丹，宫志恒，王学刚，梁平，
申请(专利权)人：东华理工大学，
类型：发明
国别省市：江西,36