一种磷钼酸铵-聚乙二醇磁性纳米材料的制备方法、产品及应用技术

本发明专利技术涉及环境修复技术领域，特别是涉及一种磷钼酸铵

【技术实现步骤摘要】
一种磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料的制备方法、产品及应用


[0001]本专利技术涉及环境修复
，特别是涉及一种磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料的制备方法、产品及应用。

技术介绍

[0002]核能的安全一直是人们关注的话题，高放废液中的铯
137
Cs产热大、半衰期长，在衰变过程中会释放β射线和γ射线，具有很强的辐射性。如若能够使用适当的方法将
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Cs从高放废液中提取回收，不仅可以减少核废液处置成本和对环境的危害，而且可以作为一种放射性源而运用于工业、农业和医学等领域，带来可观的经济收益。
[0003]到目前为止，已经开发了各种除铯的方法并应用于高放废液，包括沉淀法、溶剂萃取法和离子交换法。在这些方法中，离子交换法因其效率高、成本低、选择性好等优点而受到广泛研究。因此各种无机离子交换剂被开发，如：钛硅酸盐沸石、六氰基铁酸盐、普鲁士蓝类似物和钨钼杂多酸盐。其中，磷钼酸铵(AMP)是具有Keggin骨架结构的阳离子交换剂，12个MoO6八面体组成一个空心球，PO
43
‑
位于球的中心，[P(Mo
12
O
40
)]3‑
之间的空隙中安放着NH
4+
。AMP对Cs
+
具有良好选择性和极高交换容量，且在强酸环境下具有优异的稳定性，是用于Cs
+
吸附的理想材料。然而，AMP的粒径小，表面活性小，易团聚，也很难在吸附后与溶液分离。因此，通常将AMP固定在不同的载体上，如海藻酸钠、聚丙烯腈、聚乙烯醇、二氧化硅。然后通过离心或过滤的方法让AMP吸附Cs
+
后从溶液中分离。
[0004]与离心、过滤的方法相比，磁分离法具有速度快、能耗低、操作简单等优点。利用外加磁场，磁性载体可以很容易地从溶剂或复杂的基质中分离出来。将磁性Fe3O4作为载体与吸附剂结合，并用于废水处理是可行的。然而，目前以磁性Fe3O4作为载体与吸附剂结合制备的吸附材料在吸附铯过程中易形成大的团簇，其化学稳定性以及分散性有待提高。

技术实现思路

[0005]基于上述内容，本专利技术提供一种磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料的制备方法、产品及应用。本专利技术采用共沉淀法，将磷钼酸铵接枝在Fe3O4表面，合成了一种新型的Cs
+
吸附剂——磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料(PEG
‑
AMPMNs)，其在核废液中化学稳定性以及分散性好，对铯吸附去除率高。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：
[0007]本专利技术技术方案之一，一种磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料的制备方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1，向氯化亚铁和氯化铁的溶液体系中加入柠檬酸搅拌，分离产物后干燥，得到柠檬酸包覆的四氧化三铁纳米粒子；
[0009]步骤2，将所述柠檬酸包覆的四氧化三铁纳米粒子分散在水中，之后加入聚乙二醇，得到悬浮液；向所述悬浮液中加入磷钼酸铵搅拌，收集产物后干燥，得到所述磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料。
[0010]进一步地，所述氯化亚铁与所述氯化铁的摩尔比为1∶2。
[0011]进一步地，步骤1中，所述氯化亚铁和氯化铁的溶液体系中柠檬酸的浓度为1.7
‑
2.2M；所述氯化亚铁和氯化铁的溶液体系中氯化亚铁的浓度为0.344g/mL。
[0012]柠檬酸的主要作用是形成更小且单分散的磁性Fe3O4颗粒。太低的柠檬酸浓度会降低包覆效果。此外，柠檬酸的浓度会影响溶液体系的pH值；而在非氧化条件下，合成纳米Fe3O4的pH值范围应为8
‑
11，这个pH环境由氨水和水合肼提供，柠檬酸酸度较强(酸度系数4.7)，过高的浓度会破坏碱性环境，生成Fe2O3。故柠檬酸溶液浓度不能太高，也不能太低。
[0013]进一步地，步骤1中，所述氯化亚铁和氯化铁的溶液体系中还含有氨水和水合肼；所述氯化亚铁和氯化铁的溶液体系的溶剂为水；所述水与所述氨水和水合肼的体积比为50∶5∶3。
[0014]氨水和水合肼的作用是提供强碱环境。可能的反应式如下：
[0015]Fe
3+
+3OH
‑
→
Fe(OH)3[0016]Fe(OH)3→
FeOOH+H2O
[0017]Fe
2+
+2OH
‑
→
Fe(OH)2[0018]2FeOOH+Fe(OH)2→
Fe3O4↓
+2H2O。
[0019]进一步地，步骤2中，所述柠檬酸包覆的四氧化三铁纳米粒子与聚乙二醇、磷钼酸铵的质量比为1∶3∶(1
‑
1.5)。
[0020]进一步地，步骤2中，所述搅拌具体为1000rpm搅拌10h。
[0021]进一步地，步骤2中，所述干燥具体为真空条件下30
‑
100℃干燥至恒重。
[0022]干燥的温度不能超过100℃，温度太高会破坏磷钼酸铵的结构。
[0023]本专利技术技术方案之二，利用上述的制备方法制备得到的磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料。
[0024]本专利技术技术方案之三，上述的磷钼酸铵
‑
聚乙二醇磁性纳米材料在去除高放废液中铯
137
Cs中的应用。
[0025]本专利技术公开了以下技术效果：
[0026]聚乙二醇(PEG)是一种易得、无毒、可生物降解的共聚物，本专利技术选择PEG对磁性Fe3O4进行表面功能化处理，一方面能减少磁性Fe3O4的团聚现象，防止其因为颗粒之间的疏水相互作用而形成大的团簇；另一方面可以作为中间载体将磁性粒子与AMP紧密结合在一起，提高其与AMP的结合稳定性。在用PEG对磁性Fe3O4进行表面功能化处理之前，本专利技术还用柠檬酸对磁性Fe3O4进行前处理制备得到柠檬酸包覆的四氧化三铁纳米粒子(CA
‑
Fe3O4)。柠檬酸可以作为表面活性剂与铁离子螯合，制备水性稳定的氧化铁纳米颗粒，最后实现PEG
‑
AMPMNs复合材料的合成。
[0027]利用本专利技术方法制备的PEG
‑
AMP MNs复合材料在溶液pH为2.0
‑
12.0的范围内，对Cs
+
的去除率均能达到99.8％，拓宽了AMP吸附Cs
+
的pH范围，并且能够在吸附后保持材料稳定。
附图说明
[0028]为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所
需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种磷钼酸铵
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聚乙二醇磁性纳米材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，向氯化亚铁和氯化铁的溶液体系中加入柠檬酸搅拌，分离产物后干燥，得到柠檬酸包覆的四氧化三铁纳米粒子；步骤2，将所述柠檬酸包覆的四氧化三铁纳米粒子分散在水中，之后加入聚乙二醇，得到悬浮液；向所述悬浮液中加入磷钼酸铵搅拌，收集产物后干燥，得到所述磷钼酸铵
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聚乙二醇磁性纳米材料。2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述氯化亚铁与所述氯化铁的摩尔比为1:2。3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氯化亚铁和氯化铁的溶液体系中柠檬酸的浓度为1.7
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2.2M。4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤1中，所述氯化亚铁和氯化铁的溶...

【专利技术属性】
技术研发人员：晏敏皓，付成云，朱杉，谭昭敏，任建辉，
申请(专利权)人：晏敏皓，
类型：发明
国别省市：