[發(fā)明專利]一種用于水中銫離子去除的吸附劑及其在Cs吸附中應用

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201611133318.2
• 申請日: 2016-12-10
• 公開（公告）號: CN108212072A
• 公開（公告）日: 2018-06-29
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉佳裔;李旭寧;王軍虎
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學院大連化學物理研究所
• 主分類號: B01J20/02
• 分類號: B01J20/02;C02F1/28
• 代理公司: 沈陽科苑專利商標代理有限公司 21002
• 代理人: 馬馳

本發(fā)明涉及一種用于污水中重金屬銫離子吸附的普魯士藍納米材料及其制備方法，該納米材料的化學式為K_xZn_yFe_z[Co(CN)₆](x+2y+2z＝3),x的取值為0?0.1，y、z的取值均為0?1.5；該納米材料形貌和組成可控，隨Zn含量增加，材料形貌由多面體變?yōu)榍蛐危瑫r銫吸附容量顯著提高，其中Zn₃[Co(CN)₆]的吸附容量可達Fe₃[Co(CN)₆]的三倍。制備過程：將Zn、Fe的鹽溶液與K₃[Co(CN)₆]混合，攪拌、靜置，一定溫度下干燥處理。該吸附劑制備過程簡單，在Cs吸附中具有很高的吸附容量和吸附速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種可控形貌和組成的普魯士藍納米材料的制備方法和及其在Cs吸附反應中的應用。

背景技術(shù)

在當代能源短缺的形勢下，核能是一種重要的替代化石能源的可再生能源。核能相對清潔，不產(chǎn)生傳統(tǒng)化石能源所帶來的溫室、污染氣體，但U裂變會產(chǎn)生一定的¹³⁷Cs，¹³⁷Cs具有放射性，且半衰期較長，與K的性質(zhì)相似，所以一旦釋放出來，能很快進入人體，有較強的生物毒性，它易溶于水，不容易用沉淀的方法去除，所以在產(chǎn)生初期用吸附的方法從水中提取出來，深埋等待衰變是目前最好的方法。而普魯士藍由于其晶格孔道的大小與水合Cs離子的半徑類似，Cs離子插入到晶格孔道中，孔道限制了Cs的瀝出，就實現(xiàn)了水中Cs離子的選擇性吸附。

普魯士藍的結(jié)構(gòu)是二價鐵和三價鐵分別與氰基的C、N兩端配位鍵聯(lián)，形成開放式的骨架，由于N、C原子可以和多種金屬元素配位，所以普魯士藍中的Fe可以被替換成包括Zn、Co、Cd、Ni、Pt的一系列過渡金屬，組成普魯士藍類似物(PBAs)。不同的金屬與骨架的配位強弱不同，也就會導致其在應用中展現(xiàn)出不同的性能，這也為調(diào)節(jié)普魯士藍在很多應用中的優(yōu)化提供了可能，更加擴展了普魯士藍及其類似物的應用范圍。很多研究者基于這一性質(zhì)對PBAs進行了大量研究。Jeffrey R.Long等人將M-Co普魯士藍用于H₂吸附中，發(fā)現(xiàn)其性質(zhì)比傳統(tǒng)的MOFs Zn₄O(BDC)₃性能還要好，并且用不同的過渡金屬如Zn、Fe、Ni、Mn、Cu去替代M的位置，表現(xiàn)出了不同的吸附性能，其中Cu-Co普魯士藍的吸附量最大，文章中也指出，這主要是源于配位不飽和的M金屬位點與H₂的作用力不同。Cameron J.Kepert等則合成了一系列的M-Pt普魯士藍，并測量了其熱膨脹系數(shù)。一系列樣品同樣表現(xiàn)了各異的性質(zhì)，其熱膨脹系數(shù)的大小規(guī)律與其金屬離子的半徑順序是一致的，作者認為這是M-N鍵的強度不同造成的。E.Guibal等也發(fā)現(xiàn)M-Fe普魯士藍的Cs吸附性能隨M的變化而不同。最近TohruKawamoto等發(fā)表的一篇文章更是發(fā)現(xiàn)了普魯士藍具有比活性炭、分子篩更加優(yōu)越的NH₃吸附性能，Cu-Co PBAs及Co-Co PBAs的吸附容量甚至是傳統(tǒng)PB的兩倍，造成這一性能差異的原因則是結(jié)構(gòu)骨架中空位數(shù)的不同。以上的研究都說明了普魯士藍的組成會引起其結(jié)構(gòu)性質(zhì)的變化，從而影響其性能。目前雖然普魯士藍是一種選擇性很強的Cs吸附劑^[20]，但傳統(tǒng)的PB吸附容量很低。通過變換普魯士藍中過渡金屬的種類，是提高其吸附容量的重要策略。

目前，已有一些用于Cs吸附中的材料申請了相關(guān)專利。以下列舉幾個已報道的專利，進行詳細說明：

中國專利CN105597661，公開名稱為：磁核包覆型亞鐵氰化鈦鉀吸附劑的制備方法及產(chǎn)品與應用。該技術(shù)采用鈦酸四丁酯/醇溶液浸漬和氣相水解的方法，在高溫高壓水蒸氣作用下合成磁核包覆型亞鐵氰化鈦鉀除銫吸附劑。缺點是反應條件復雜，成本較高。