[發明專利]用于從液體銣銫礦中提取銣和銫的吸附材料及其制備方法

在審

• 申請號: 202210631929.9
• 申請日: 2022-06-07
• 公開（公告）號: CN114700031A
• 公開（公告）日: 2022-07-05
• 發明（設計）人: 郭亞飛;劉燦;鄧天龍;余曉平;李雨杰;劉萁
• 申請（專利權）人: 天津科技大學
• 主分類號: B01J20/04
• 分類號: B01J20/04;B01J20/02;B01J20/30;C22B26/10
• 代理公司: 天津盛理知識產權代理有限公司 12209
• 代理人: 陳娟

本發明屬于吸附材料領域，提供了一種用于從液體銣銫礦中提取銣和銫的吸附材料及其制備方法。所述吸附材料由具有三角雙錐結構的陰離子層和能被交換的層間陽離子及摻雜金屬組成，該吸附材料呈片層狀，摻雜金屬均勻分布于層狀材料內，所述陰離子層由Sn和S組成，所述層間陽離子為K⁺、Na⁺中的任意一種或兩種，所述摻雜金屬為Ni、Cu、Co、Cd、Zn、Al、Sb、Cr中的任意一種。本發明有效解決了目前吸附材料制備周期長、合成成本高、循環穩定性差等問題，可以作為從地熱水、鹽湖鹵水、地下鹵水等液體銣銫礦資源以及固體礦與伴生礦的浸出液中選擇性回收銣銫的優良吸附材料。

技術領域

本發明屬于銣銫提取技術領域，尤其是一種用于從液體銣銫礦中提取銣和銫的吸附材料及其制備方法。

背景技術

銣和銫因化學性質活潑、光電性能優良，被廣泛應用于國防工業、光纖通信系統、有機合成催化劑和夜視設備等領域。近年來，銣銫在高效能源器件中發揮著重要作用。其中，以銣銫化合物為電離源的磁流體發電裝置熱效率為70%，是傳統熱電廠的兩倍。然而，銣銫在自然界的分布并不集中，從固體礦石中提取銣銫十分困難，產品純度也并不理想。因此，地熱水、地下鹵水、鹽湖鹵水等液體銣銫礦資源中提取銣銫受到廣泛關注。然而，由于液體銣銫礦資源中含有大量共存的堿金屬和堿土金屬離子(鈉、鉀、鈣、鋰等)，因此液體銣銫礦中銣銫的分離提取面臨極大的挑戰。

目前用于提取銣和銫的方法有電化學法，如CN111218570A；萃取法，如CN107460344A。萃取法適用于高濃度的濃縮鹵水，且易產生二次污染。電化學法是在外加電場的控制下實現離子定向遷移的方法，其選擇性好、無污染，但對設備的要求較高，研究目前仍處于起步階段。

吸附法適用于低濃度銫的分離與富集，目前最常用的吸附材料為磷鉬酸銨和普魯士藍及其類似物，這兩類吸附材料的吸附容量低，循環穩定性差。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術的不足，針對液體銣銫礦中銣銫的分離提取，提供一種制備流程簡單、吸附容量高、循環穩定性好的吸附材料及其制備方法。

根據本發明的第一方面，提供了一種吸附材料，由具有三角雙錐結構的陰離子層和能被交換的層間陽離子及摻雜金屬組成。該吸附材料呈片層狀，摻雜金屬均勻分布于層狀材料內。吸附材料的分子式為：N₂M_xSn_3-xS₇，其中N為層間陽離子，M為摻雜金屬，x為金屬M的摩爾分數、3-x為Sn的摩爾分數，x=0.02-0.24。

所述陰離子層由Sn和S組成。S^2-為軟Lewis酸離子，在硫屬元素（S、Se、Te）中電子云密度最大，相對分子質量最小，因此對Lewis堿金屬離子具有更強的親和力；此外，開放框架結構也有利于吸附過程。

所述層間陽離子N為優選K⁺、Na⁺中的任意一種或兩種。分子式為：K₂M_xSn_3-xS₇或Na₂M_xSn_3-xS₇。

所述摻雜金屬M為通過密度泛函理論量化計算得到，選出Ni、Cu、Co、Cd、Zn、Al、Sb或Cr中的一種。篩選出的摻雜金屬不僅可以提高吸附劑的吸附容量和循環穩定性，而且價格低廉。

根據本發明的第二方面，提供了上述吸附材料的制備方法，步驟如下：

步驟一、將提供層間陽離子的碳酸鹽、硫粉、錫粉、摻雜金屬粉末或其摻雜金屬的氧化物粉末及水加入聚四氟乙烯內襯中充分攪拌均勻，獲得前驅體混合物。

步驟二、將裝有前驅體混合物的聚四氟乙烯內襯放入反應釜中密閉，置于真空干燥箱中加熱升溫至180-220^oC，并在該條件下恒溫反應15-24 h后，冷卻至室溫，獲得反應產物；