一种新型稳定化绿锈制备方法及其选择性吸附铯离子应用技术

本发明专利技术制备方法简单，所需原料广泛且易得。通过组合钒和铁元素、低温等离子活化、磷酸根和草酸根同步内掺步骤，实现新型稳定化绿锈材料制备。所制备的稳定化绿锈材料不仅铯离子吸附容量大（最大吸附容量为523mg/g）且铯离子选择性高，铯选择性系数为14.26。铯选择性系数为14.26。

【技术实现步骤摘要】
一种新型稳定化绿锈制备方法及其选择性吸附铯离子应用


[0001]本专利技术属于新型绿锈材料制备及其应用领域，尤其涉及一种新型稳定化绿锈制备方法及其选择性吸附铯离子应用。。

技术介绍

[0002]绿锈是一种典型的具有层状双氢氧化物结构的混合价铁氧体矿物。绿锈通用化学结构式可写成[Fe(II)1‑
x
Fe(III)
x
(OH)2]x+
•
[(x/n)A
n
‑
, mH2O]x
‑
，其中A
n
‑
代表的是外掺阴离子，x则为三价铁的摩尔分数。绿锈层状结构中部分二价铁阳离子被三价铁置换，从而使得绿锈双氢氧化物层带有正电荷。掺入外加阴离子可中和绿锈双氢氧化物，使得绿锈材料更加稳定。常见的绿锈材料包括羟基氯绿锈、羟基碳酸盐绿锈和羟基硫酸盐绿锈三类。现有的绿锈材料存在pH适用范围窄（不耐酸碱）、污染物吸附容量低、污染物选择吸附性能差等特点。不同外掺阴离子种类的选择和组合及其它金属阳离子元素替换绿锈材料中少量二价铁或三价铁可显著改变绿锈的物化特性。这为研发新型绿锈材料提供了理论依据。
[0003]在切尔诺贝利和日本福岛核泄露事故中均检测到了大量的
137
Cs（铯
‑
137）和
90
Sr（锶
‑
90）等非稳定性放射性核素物质。核素可通过化学毒性和辐射性危害周边生态环境，并可通过呼吸系统、皮肤吸收、黏膜吸收、食物链富集等方式进入到生物组织中，对生物造成持久危害。放射性核素以辐射形式引发电子激发和电离，通过内外辐照使机体内的蛋白质分子键产生断裂和畸变。在污染水体中，铯离子主要可溶解性的单价态离子形式存在。现有吸附材料对铯吸附容量小，且无法在盐水中高选择性地去除铯元素。
[0004]基于上述问题分析，研发新型绿锈材料并应用到铯污染水体中并实现铯的高效去除具有显著的研究意义和社会意义。

技术实现思路

[0005]实施例1二氯化钒和二氯化亚铁质量比对制备的稳定化绿锈吸附性能影响稳定化绿锈制备：按照质量比0.25:100、0.3:100、0.4:100、0.5:100、4:100、7.5:100、8.5:100、9.5:100、10:100分别称取二氯化钒和二氯化亚铁，混合，搅拌均匀，得到钒铁混合粉。按照液固比20:1分别称取水和钒铁混合粉，混合，搅拌至钒铁混合粉完全溶解，得到钒铁溶液。对钒铁溶液进行低温等离子照射5分钟，得到钒铁活化溶液，其中低温等离子体照射电压为5kV，低温等离子作用氛围为空气。按照质量比5:5:100分别称取磷酸铵、草酸钠、氢氧化钠，混合，搅拌均匀，得到磷铵草酸碱。按照液固比20:1分别称取水和磷铵草酸碱，混合，搅拌至磷铵草酸碱完全溶解，得到磷铵草酸碱溶液。混合钒铁活化溶液和磷铵草酸碱溶液，封闭条件下搅拌5分钟，过滤，得到的固体为稳定化绿锈泥。将稳定化绿锈泥在真空干燥箱中烘干，研磨，得到的粉末即为稳定化绿锈，其中真空干燥箱干燥温度为50℃。
[0006]含铯废液选择性吸附试验：将稳定化绿锈加入到含铯溶液中，搅拌5分钟即可实现对含铯溶液的高效选择性吸附，其中铯离子浓度可为50mg/L，干扰离子钠离子浓度为50mg/
L、钾离子浓度为50mg/L，溶液pH为1。
[0007]水体中铯、钠、钾离子浓度检测：其中水体中铯离子浓度按照《地下水质分析方法第36部分：铷和铯量的测定火焰发射光谱法》（DZT 0064.36
‑
2021）进行检测确定。其中水体中钠、钾浓度按照离子浓度《水质钾和钠的测定火焰原子吸收分光光度法》（GB 11904
‑
89）进行检测确定。
[0008]吸附容量计算：离子M（M: 铯、钠、钾）吸附容量按照如下公式（1）计算，其中 为离子M吸附容量（mg/g）， 为水体中离子M初始浓度（mg/L）， 为吸附剂处置后水体中离子M浓度（mg/L），V为水体体积（L），m为吸附剂质量（g）。
[0009]（1）铯选择性系数计算：铯选择性系数按照公式（2）计算， 为铯选择性系数， 为吸附剂的铯离子吸附容量（mg/g）， 为吸附剂的钠离子吸附容量（mg/g）， 为吸附剂的钾离子吸附容量（mg/g）。
[0010] （2）本实施例试验结果见表1。
[0011]表1二氯化钒和二氯化亚铁质量比对制备的稳定化绿锈吸附性能影响二氯化钒和二氯化亚铁质量比
ꢀꢀ
（mg/g）0.25:100281.215.420.3:100326.596.320.4:100395.728.130.5:100467.8310.144:100481.0210.577.5:100486.7711.248.5:100453.949.359.5:100423.688.6710:100398.367.96由表1可看出，当二氯化钒和二氯化亚铁质量比小于0.5:100（如表1中，二氯化钒和二氯化亚铁质量比=0.4:100、0.3:100、0.25:100时以及表1中未列举的更低比值），二氯化钒添加量较少，在对钒铁溶液进行低温等离子照射过程中生成的四价及五价钛钒盐减少，导致制备的稳定化绿锈铯吸附容量及铯选择性系数均随着二氯化钒和二氯化亚铁质量比减小而显著降低。当二氯化钒和二氯化亚铁质量比等于0.5~7.5:100（如表1中，二氯化钒和二氯化亚铁质量比=0.5:100、4.5:100、7.5:100时），在对钒铁溶液进行低温等离子照射过程中，空气中的氧和水分子电离解离生成的氧自由基和氢氧根自由基与钒铁溶液中的部分二价钒和二价亚铁发生反应生成四价及五价钛钒盐和三价铁离子。最终，所制备的稳定化绿锈材料铯离子吸附容量均大于467mg/g，铯选择性系数均大于10。当二氯化钒和二氯化亚铁质量比大于7.5:100（如表1中，二氯化钒和二氯化亚铁质量比=8.5:100、9.5:100、10:100时以及表1中未列举的更高比值），二氯化钒添加过量，低温等离子照射过程中生成的四价及五价钛钒盐过多，导致制备的稳定化绿锈铯吸附容量及铯选择性系数均随着二氯化钒和二氯化亚铁质量比进一步增加反而显著降低。因此，综合而言，结合效益与成本，当二氯
化钒和二氯化亚铁质量比等于0.5~7.5:100时，最有利于提高所制备的稳定化绿锈的吸附性能。
[0012]实施例2低温等离子照射时间对制备的稳定化绿锈吸附性能影响稳定化绿锈制备：按照质量比7.5:100分别称取二氯化钒和二氯化亚铁，混合，搅拌均匀，得到钒铁混合粉。按照液固比60:1分别称取水和钒铁混合粉，混合，搅拌至钒铁混合粉完全溶解，得到钒铁溶液。对钒铁溶液进行低温等离子照射2.5分钟、3分钟、4分钟、5分钟、15分钟、25分钟、27分钟、29分钟、30分钟，得到钒铁活化溶液，其中低温等离子体照射电压为40kV，低温等离子作用氛围为空气。按照质量比15:15:100分别称取磷酸铵、草酸钠、氢氧化钠，混合，搅拌均匀，得到磷铵草酸碱。按照液固比60:1分别称本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.按照质量比0.5~7.5:100分别称取二氯化钒和二氯化亚铁，混合，搅拌均匀，得到钒铁混合粉。2.按照液固比20~100:1分别称取水和钒铁混合粉，混合，搅拌至钒铁混合粉完全溶解，得到钒铁溶液。3.对钒铁溶液进行低温等离子照射5~25分钟，得到钒铁活化溶液，其中低温等离子体照射电压为5~75kV，低温等离子作用氛围为空气。4.按照质量比5~25:5~25:100分别称取磷酸...

【专利技术属性】
技术研发人员：王祥科，金春兴，陈荣夫，宋东平，徐娇娇，黄涛，
申请(专利权)人：浙江慧科环保科技有限公司，
类型：发明
国别省市：