一种Cs制造技术

本发明专利技术为一种Cs

【技术实现步骤摘要】
一种Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂及其制备方法和应用

：
[0001]本专利技术属于铯、锶元素水处理领域，具体涉及一种利用溶液pH调控来实现对混合Cs
+
、 Sr
2+
离子共吸附
‑
分离功能转换的离子交换剂及其制备方法和其应用。

技术介绍
：
[0002]妥善处理处置放射性废物、提升对突发核污染事故的应急处置能力是落实核安全与放射 性污染防治工作的重点任务。放射性核素中的
137
Cs(t
1/2
～30.2年，100％的β衰变，伴生γ射 线能量E
γ
＝661keV)和
90
Sr(t
1/2
＝28.8年，100％的β衰变，E
β
＝546keV)是反应堆运转时产 生的高释热裂变产物，常以阳离子形态(Cs
+
、Sr
2+
)存在于高放废液中，具有很强的放射性 和生物毒性，对人类和环境造成长期的潜在威胁(Nucl.Technol.2000,131(2),252
‑
268)。因 此，从核事故应急处理角度考虑，若能及时、快速地捕获废水中的
137
Cs和
90
Sr，阻断其扩散传 播，将大幅提升核污染治理的效果，使核安全、环境安全和公正健康得到有效保障。
[0003]另一方面，提取的
137
Cs和
90
Sr经过分离、纯化可以用来制备核电池和同位素辐射源，实现 了裂变同位素的综合利用价值。核电池是将裂变产物释放的热能直接转变成电能的装置，功 率可达几瓦到几十瓦，它与燃料电池或太阳能电池相比，具有重量轻、无运动部件、工作可 靠、不受环境影响等优点，因此特别适用于火箭、通讯卫星、潜艇、海上无人气象站等需长 期供电(1至10年)的装置上，在国防、军用和民用上有重要价值(Mod.Phys.Lett.A 2017,32(22), 1750117)。另外，利用裂变同位素
137
Cs和
90
Sr可以分别制成γ和β辐射源，用于科研、医疗、 液面及密度测量、静电除尘、食品消毒、特殊材料(如发光粉)制备等诸多领域(Cancer Biother. Radio.2012,27(10),621
‑
641；Chem.Eng.Res.Des.2015,97,57
‑
67；Nucl.Med.Biol.2019, 68
‑
69,58
‑
65)。综合来看，上述两个方面的需求对废液中
137
Cs、
90
Sr的吸附与分离效果提出 了不同的要求：安全处理处置核废液需要对
137
Cs、
90
Sr同时进行快速地捕获和去除(共吸附)； 而回收利用裂变同位素则需要对
137
Cs、
90
Sr进行高效的分离(分离)。
[0004]目前，从水溶液中提取Cs
+
和Sr
2+
离子的方式主要有沉淀法、萃取法、膜过滤法、生物处 理法、吸附法和离子交换法(Energies 2020,13(12),3284；RSC Adv.2021,11(35),21323
‑
21331； Sep.Purif.Technol.2017,188,523
‑
529；Bioresour.Technol.2009,100(6),1915
‑
1921；Coord. Chem.Rev.2021,427,213473)。其中，离子交换法因其回收率高、净化效果好、操作简单、 无二次污染等优点收到广泛关注。当前，黏土、沸石、亚铁氰化物和钛硅酸盐等无机材料已 被用于Cs
+
、Sr
2+
离子的去除(J.Hazard.Mater.2009,172(1),416
‑
422；J.Hazard.Mater.2010, 182(1
‑
3),225
‑
231；Chem.Eng.J.2017,317,570
‑
585；J.Mater.Chem.2000,10(8),1867
‑
1874)。 但是此类材料对混合Cs
+
、Sr
2+
离子多展示出单一的共吸附或分离效果，并不能够集两种功能 于一身。而复杂的实际情况极有可能需要材料在共吸附和分离两种功能之间进行切换，势必 涉及到设备、技术、工艺流程的改变或调整，
进而造成能耗、工时及维护成本的增加。同时， 已有的这些材料在不同程度上存在吸附容量低、选择性低、酸碱耐受性差等特点，阻碍了其 在放射性废液处理中的实际应用(Chem.Sci.2016,7(8),4804
‑
4824)。因此，亟需研制一种 耐酸碱、耐辐照的大容量离子交换材料，开发可切换的共吸附
‑
分离功能及其调控手段和反应 机制，以实现对Cs
+
、Sr
2+
离子的去除和纯化。

技术实现思路
：
[0005]本专利技术的目的是克服已有离子交换剂在功能多样化方面的不足，提供了一种Cs
+
、Sr
2+
共 吸附
‑
分离双功能离子交换剂及其制备方法和应用。本专利技术利用低共熔溶剂热技术使Sb与S 单质进行反应，进而将水合K
+
离子引入晶格内进行活化处理，制备出可批量生产且具有优异 的酸碱和辐照耐受性的K2Sb4S7·
2H2O(K
‑
SbS)离子交换剂。所得到的K
‑
SbS离子交换剂由 平行堆积的[Sb4S7]n2n
‑
一维链阴离子和水合K
+
阳离子组成，其中水合K
+
离子能够与Cs
+
、Sr
2+
进行交换。K
‑
SbS在不同的溶液酸度条件下对Cs
+
、Sr
2+
混合离子分别展现出共吸附(pH 4
‑
11) 和分离(pH 2
‑
3)的功能，且两种功能之间可以随pH的变化反复切换。K
‑
SbS具有吸附量大、 动力学响应快、分离系数高、洗脱方便的特点。
[0006]本专利技术的技术方案如下：
[0007]一种Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂，该离子交换剂的分子式为：K2Sb4S7·
2H2O；
[0008]所述的交换剂中所有的Sb原子均采取三角锥的配位模式与三个S原子相连，所形成的 {SbS本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂，其特征为该离子交换剂的分子式为：K2Sb4S7·
2H2O。2.如权利要求1所述的Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂，其特征为所述的交换剂中所有的Sb原子均采取三角锥的配位模式与三个S原子相连，所形成的{SbS3}作为构筑单元进一步通过共用顶角S原子连接形成[Sb4S7]
n2n
‑
一维链；[Sb4S7]
n2n
‑
一维链平行堆积形成了阴离子型的框架，而水合K
+
作为抗衡阳离子填充于一维链之间，共同构筑成K
‑
SbS的晶格结构。3.如权利要求1所述的Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂的制备方法，其特征为该方法包括以下步骤：将锑粉、硫粉、异丙胺盐酸盐、尿素、水合肼混匀后加入到反应釜中，在120
‑
200℃条件下反应10
‑
24h，经自然降温后，初产物经过洗涤后自然干燥，获得晶体前驱物[NH4]2Sb4S7(NH4‑
SbS)；搅拌下，将该前驱物在0.5
‑
3M的KCl溶液中浸泡5
‑
24h，过滤后洗涤、干燥，得到K
‑
SbS离子交换剂；其中，摩尔比为，异丙胺盐酸盐：尿素＝1:1
‑
3；尿素：水合肼＝1:0.5
‑
3；锑粉：硫粉：异丙胺盐酸盐＝1:1
‑
5:3
‑
15。4.如权利要求1所述的Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂的制备方法，其特征为所述的KCl溶液的浓度为0.5
‑
3M。5.如权利要求1所述的Cs
+
、Sr
2+
共吸附
‑
分离双功能离子交换剂的制备方法，其特征为当溶液的pH值为4
‑
11时，该交换剂对溶液中的Cs
+
和Sr
2+
同时具有吸附能力，对Cs
+
和Sr
2+
的饱和吸附量分别为200
‑
400mg g
‑1和40
‑
90mg g
‑1；当溶液的pH值为4
‑
11时，该交换剂对溶液中的Cs
+
和Sr
2+
离子分别在10
‑
60min和10
‑
120min内可达吸附平衡，平衡时去除率分别不低于99％和98％；当溶液的pH值为2
‑
3时，该交换剂对溶液中的Cs
+
的去除率大于97％，对Sr
2+
的去除率为0～30％，Cs
+
与Sr
2+
离子的分离系...

【专利技术属性】
技术研发人员：王凯耀，赵一鸣，
申请(专利权)人：天津理工大学，
类型：发明
国别省市：