[發(fā)明專利]脫硼材料及其制備方法和脫硼-回收一體式反應(yīng)器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201810782003.3
• 申請日: 2018-07-13
• 公開（公告）號: CN110711563A
• 公開（公告）日: 2020-01-21
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 梁小平;陳子尚;梁旭;徐佳欣;劉傳;王皝瑩;宋羽茜;王邦宇;黃安定;趙家琦
• 申請（專利權(quán)）人: 天津工業(yè)大學
• 主分類號: B01J20/26
• 分類號: B01J20/26;B01J20/30;C01B35/10;B01D15/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發(fā)明涉及一種脫硼材料及其制備方法和脫硼?回收一體式反應(yīng)器。所述脫硼材料，原料以重量比計，包括玄武巖纖維1～10份、葡甲胺5～20份、偶聯(lián)劑10～20份、相容劑100～200份。所述脫硼材料制備方法，對玄武巖纖維進行表面活化處理后將硅烷偶聯(lián)劑包覆于其表面，再將葡甲胺接枝于包覆后的玄武巖纖維上。所述脫硼?回收一體式反應(yīng)器由脫硼反應(yīng)組件、進液池、進液回收池、洗液池和洗液回收池構(gòu)成，脫硼反應(yīng)組件由內(nèi)部填充了所述脫硼材料的若干脫硼反應(yīng)柱組成。本發(fā)明有點在于：脫硼材料脫硼速率高，環(huán)境適應(yīng)性及機械性能良好；制備方法工藝簡單；脫硼?回收一體式反應(yīng)器適用不同脫硼標準，實現(xiàn)脫硼和回收同步進行，效率高且設(shè)備簡單，利于實際應(yīng)用。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于水溶液硼資源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及脫硼材料及其制備方法和脫硼-回收一體式反應(yīng)器。

背景技術(shù)

隨著冰硼酸、硼砂、硼鋼、高硼玻璃等多種含硼產(chǎn)品在醫(yī)療、工農(nóng)業(yè)及日常生活等方面的廣泛應(yīng)用，硼資源一直處于供不應(yīng)求的狀態(tài)。而與硼礦石的開采相比，水溶液中硼資源的開發(fā)顯得更具有發(fā)展前景：一方面，鹽湖鹵水及海水中硼資源開發(fā)潛力巨大，以青海鹽湖為例，已查明的含硼鹵水礦保有量約1673萬噸，而現(xiàn)硼酸年產(chǎn)量僅9萬噸；另一方面，含硼廢液也造成硼資源浪費，如一座千兆瓦級核電站中，每年約排放約數(shù)十萬升含7000mg/L硼酸的中子吸收劑廢液。因此，如何高效的從水溶液中分離脫除并高效回收硼酸成為未來硼資源開發(fā)技術(shù)領(lǐng)域的發(fā)展趨勢。

到目前，水溶液中硼酸的分離脫除及回收的主流方法有溶劑萃取法和吸附法。萃取法通常采用具有雙羥基結(jié)構(gòu)的萃取劑，如2-乙基-1，3-己二醇等，具有較高的萃取率，但存在水相中溶解性大(室溫溶解度6.1g/L)的缺點，導(dǎo)致其流失嚴重，大規(guī)模工業(yè)化應(yīng)用困難。與之相比，吸附法具有脫硼徹底、工藝簡單、回收便捷、吸附材料可循環(huán)再利用等優(yōu)勢，成為最具有發(fā)展前景的水溶液脫除及回收硼酸方法。吸附法按吸附機理可分為物理吸附和化學吸附。物理吸附包括靜電吸附作用和氫鍵吸附作用等；化學吸附主要指螯合反應(yīng)，利用順式鄰位以及間位雙羥基官能團與硼酸或硼酸根陰離子發(fā)生絡(luò)合，形成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的環(huán)狀酯化物，具有較強的結(jié)合強度，且使用稀酸即可徹底洗脫，更加適合水溶液中深度脫硼與回收。現(xiàn)有的螯合吸附脫硼材料中，以葡甲胺為脫硼官能團材料的脫硼材料因脫硼量大而最具有代表性，主要包括有機螯合樹脂和有機螯合膜。其中有機螯合樹脂雖脫硼量大，但有機骨架親水性較一般，吸附平衡時間較長，導(dǎo)致脫硼速率偏低，且耐酸堿性及機械性能差，不利于多次脫硼與回收，同時設(shè)備占地大；有機螯合膜雖脫硼速率快，設(shè)備簡單，但存在膜污染的問題，且對吸附環(huán)境(pH、離子、溫度)要求苛刻，兩種材料目前在工業(yè)應(yīng)用方面均存在困難。因此，如何尋找到一種脫硼速率高、環(huán)境適用性好且機械性能優(yōu)良的脫硼材料，并實現(xiàn)其工業(yè)設(shè)計與應(yīng)用，是一個富有挑戰(zhàn)性的難題。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明針對現(xiàn)有脫硼材料存在的問題，提出以玄武巖纖維(無機纖維，主要成分為SiO₂，即具有高強度機械性能，又能夠耐高低溫、耐酸堿、抗氧化。同時親水性好、綠色無污染、價格低廉)為骨架材料制備有機-無機雜化脫硼材料，在承接葡甲胺類有機螯合樹脂脫硼量大優(yōu)勢的同時，通過無機骨架改善其親水性，進而提高其脫硼速率，使其具有良好環(huán)境適應(yīng)能力及機械性能，且價格低廉。此外葡甲胺作為脫硼官能團材料，螯合脫硼后，使用稀酸即可徹底洗脫，回收硼酸工藝簡單，且能夠多次循環(huán)脫附-回收，性能穩(wěn)定。同時設(shè)計了該種脫硼材料較為簡便易得的制備方法。進一步的，利用該脫硼材料設(shè)計了一種水溶液脫硼-回收一體式反應(yīng)器，提高脫硼與回收效率的同時，實現(xiàn)其實際應(yīng)用。

本發(fā)明提供一種脫硼材料，其原料配方以重量比計，包括玄武巖纖維1～10份、葡甲胺5～20份、偶聯(lián)劑10～20份、相容劑100～200份。