负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂及其制法与应用制造技术

本发明专利技术公开了一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂及其制法与应用。所述制法包括：将生物质原料于150～200℃处理8h以上，之后对所获固形物进行冷冻干燥处理，获得生物质碳气凝胶；以及，使所述生物质碳气凝胶与包含含钛试剂和硅酸酯的溶液充分接触，所述含钛试剂选自在水热条件下能够分解生成二氧化钛的化合物，之后在强碱溶液中进行水热反应，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。本发明专利技术的生物质碳气凝胶吸附剂对溶液中铷、铯离子的选择性好，吸附量高，去除时间较短，抗辐射和热稳定性好，可以实现对溶液中铷铯的吸附分离；该物质为块状，便于固液分离，可进行柱操作，尤其可以用于通过动态柱吸附分离溶液中的铷、铯离子。

Biomass carbon aerogel adsorbent loaded with titanosilicate and its preparation and Application

【技术实现步骤摘要】
负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂及其制法与应用
本专利技术涉及一种生物质碳气凝胶吸附剂，尤其涉及一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂及其制备方法，以及其在吸附分离铷、铯离子中的应用，属于吸附剂的制备

技术介绍
生物质碳气凝胶材料是一种价格低廉、来源广泛、环境友好型的优质骨架材料，由于其多孔性、质轻且易于表面修饰等优点，在超级电容器、电吸附电极、催化剂载体及吸附分离等方面具有广泛的应用。生物质碳气凝胶可以由生物质材料通过低温水热、冷冻干燥等手段得到，在制备过程中，生物质碳气凝胶材料骨架结构中会带有大量的可修饰基团，如羰基、羧基、羟基等，有利于进行功能化改造和表面修饰，从而得到具有对目标离子具有选择性的吸附材料。生物质碳气凝胶材料常用与吸附分离有机污染物、重金属离子等，但是其在盐湖卤水中元素的分离方面应用较少。铷铯及其化合物由于其特有的光电特性，在生物医药、电子器件、航空航天等领域具有一些特殊的不可替代的应用。随着科技的发展，对铷铯的需求也越来越大。自然界中铷铯资源包括固体和液体资源两部分，其中液体资源主要是指海水和盐湖卤水。目前，如何开发利用盐湖卤水中的铷铯已经引起了人们的广泛关注。萃取法是从溶液中分离铷铯的常用方法之一，溶剂萃取法分离、提取铷铯是近年来研究较多、应用潜力较大、进展较快的技术，该法处理容量大，反应速度快，易实现连续自动化操作。该方法采用的主要萃取剂有冠醚、酚醇类试剂、杯芳烃、二苦胺及其衍生物等。但是溶剂萃取过程中需要用到大量的有机溶剂和萃取剂，另外还需要用到大量酸进行反萃。沉淀法利用溶液中铷铯离子能与大体积的某些试剂反应结合形成难溶化合物或结晶沉淀，实现铷铯与其他金属的分离。常用于沉淀铷离子的大体积阴离子物质主要有：杂多酸、多卤化物、络合酸盐、矾类和某些有机试剂等。此法可用于粗产品进一步提纯，适用于浓度较高的体系中分离铷铯，且由于有些沉淀剂价格较高，沉淀过程较复杂，生成的沉淀物稳定性差，故而此法应用较少。吸附法(离子交换法)是一种比较适合于低浓度溶液中分离铷铯的方法。常用的吸附剂分为有机树脂吸附剂和无机吸附剂。有机树脂虽然交换容量大，但耐热性和抗辐射性能差，且易受高价金属离子的干扰，在工业应用中价值不大。无机吸附剂包括沸石、杂多酸盐、铁氰化物等，其选择性高、吸附性好、过程易控、可连续操作，又克服耐热性和抗辐射性能差的缺点。无机离子吸附法工艺简单、选择性好、回收率高，易实现工业化，成为目前研究的重点。综上所述，无机吸附剂是适合于溶液中分离铷铯的方法，但是由于铷铯的无机吸附剂多为粉晶结构，颗粒小，不利于固液分离和上柱操作。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提供一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂及其制备方法，以克服现有技术中的不足。本专利技术的另一目的还在于提供所述负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂在对铷、铯离子吸附分离中的应用。为实现前述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案包括：本专利技术实施例提供了一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂的制备方法，其包括：将生物质原料于150～200℃处理8h以上，之后对所获固形物进行冷冻干燥处理，获得生物质碳气凝胶；以及，使所述生物质碳气凝胶与包含含钛试剂和硅酸酯的溶液充分接触，所述含钛试剂选自在水热条件下能够分解生成二氧化钛的化合物，之后在强碱溶液中进行水热反应，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。在一些优选实施例中，所述制备方法具体包括：1)将生物质原料于150～200℃处理8～24h，2)将步骤1)所获固形物于-50～-80℃冷冻8～24h，再于-50～-80℃干燥24～72h，获得生物质碳气凝胶；3)将所述生物质碳气凝胶置于包含含钛试剂和硅酸酯的溶液中振荡20～60min，之后浸渍10～24h，之后转移至强碱溶液中，振荡20～60min，并于150～200℃进行水热反应12～240h，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。本专利技术实施例还提供了由前述方法制备的负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。本专利技术实施例还提供了前述的负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂于吸附分离铷离子和/或铯离子中的应用。本专利技术实施例还提供了一种铷离子和/或铯离子的吸附分离方法，其包括：使前述的负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂与含有铷离子和/或铯离子的溶液接触。与现有技术相比，本专利技术的有益效果至少在于：1)本专利技术提供的负载钛硅酸盐(主要是钛硅酸钠和钛硅酸钾)的生物质碳气凝胶吸附剂的制备方法采用的生物质碳气凝胶原料易得，成本低；2)本专利技术提供的负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂制备过程简单易行，所得吸附剂稳定性好，机械强度高；3)本专利技术提供的负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂对吸附分离溶液中铷、铯离子的选择性好，由于碳气凝胶本身的多孔结构，吸附量高，去除时间较短，抗辐射和热稳定性好，可以实现对溶液中铷铯的吸附分离；该物质为块状，便于固液分离，可进行柱操作，尤其可以用于通过动态柱吸附分离溶液中的铷、铯离子，而且该物质容易再生，循环使用。附图说明图1a-图1b是本专利技术实施例1制备的柚子皮基碳气凝胶吸附剂的SEM图。图1c-图1d是本专利技术实施例4制备的高温碳化的柚子皮基碳气凝胶吸附剂的SEM图。图2是本专利技术实施例1制备的柚子皮基碳气凝胶吸附剂的吸附前后的XRD图。图3是本专利技术实施例1制备的柚子皮基碳气凝胶吸附剂的N2吸附脱附曲线图。图4a和图4b是本专利技术实施例1和3中正硅酸乙酯与钛酸四丁酯的用量对柚子皮碳气凝胶吸附剂吸附铷、铯离子的影响结果示意图。图5a和图5b是本专利技术实施例1和3中氢氧化钠浓度对碳化前后的柚子皮基碳气凝胶吸附剂吸附铷、铯离子的影响结果示意图。图6a-图6b是本专利技术实施例9制备的柚子皮基碳气凝胶吸附剂的SEM图。图6c-图6d是本专利技术实施例10制备的高温碳化的柚子皮基碳气凝胶吸附剂的SEM图。具体实施方式鉴于现有技术中的不足，克服钛硅酸钠吸附剂吸附过程中颗粒小、不易操作等缺点，本案专利技术人经长期研究和大量实践，得以提出本专利技术的技术方案，旨在提供一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂的制备方法。如下将对该技术方案、其实施过程及原理等作进一步的解释说明。本专利技术实施例的一个方面提供的一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂的制备方法，其包括：将生物质原料于150～200℃处理8h以上，之后对所获固形物进行冷冻干燥处理，获得生物质碳气凝胶；以及，使所述生物质碳气凝胶与包含含钛试剂和硅酸酯的溶液充分接触，所述含钛试剂选自在水热条件下能够分解生成二氧化钛的化合物，之后在强碱溶液中进行水热反应，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。在一些实施方案中，所述的制备方法具体包括：1)将生物质原料于150～200℃处理8～24h，2)将步骤1)所获固形物于-50～-80℃冷冻8～24h，再于-50～-80℃干燥24～72h，获得生物质碳气凝胶；3)将所述生物质碳气凝胶置于包含含钛试剂和硅酸酯的溶液中振荡20～60min，之后浸渍10～24h，之后转移至强碱溶液中，振荡20～60min，并于150～200℃进行水热反应12～240h，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。在一些实施方案中，步骤1)中，所述生物质原料可以包括柚子皮、西瓜皮、莴苣和核桃皮等中的任意一种或两种以上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于包括：将生物质原料于150～200℃处理8h以上，之后对所获固形物进行冷冻干燥处理，获得生物质碳气凝胶；以及，使所述生物质碳气凝胶与包含含钛试剂和硅酸酯的溶液充分接触，所述含钛试剂选自在水热条件下能够分解生成二氧化钛的化合物，之后在强碱溶液中进行水热反应，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。

【技术特征摘要】
1.一种负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂的制备方法，其特征在于包括：将生物质原料于150～200℃处理8h以上，之后对所获固形物进行冷冻干燥处理，获得生物质碳气凝胶；以及，使所述生物质碳气凝胶与包含含钛试剂和硅酸酯的溶液充分接触，所述含钛试剂选自在水热条件下能够分解生成二氧化钛的化合物，之后在强碱溶液中进行水热反应，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于具体包括：1)将生物质原料于150～200℃处理8～24h，2)将步骤1)所获固形物于-50～-80℃冷冻8～24h，再于-50～-80℃干燥24～72h，获得生物质碳气凝胶；3)将所述生物质碳气凝胶置于包含含钛试剂和硅酸酯的溶液中振荡20～60min，之后浸渍10～24h，之后转移至强碱溶液中，振荡20～60min，并于150～200℃进行水热反应12～240h，获得负载钛硅酸盐的生物质碳气凝胶吸附剂。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于：所述生物质原料包括柚子皮、西瓜皮、莴苣和核桃皮中的任意一种或两种以上的组合；和/或，所述的强碱选自NaOH或KOH。4.根据权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤1)还包括：在反应完成后，将所获固形物置于清洗液中浸渍8～24h；优选的，所述清洗液包括乙醇和水的组合；尤其优选的，所述乙醇与水的体积比为0：1～1：0。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘海宁，丁冬，叶秀深，李可昕，王世栋，张慧芳，李明珍，吴志坚，葛飞，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：青海,63