[發(fā)明專利]一種氮化碳二氧化硅雜化吸附劑的制備方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202310080900.0
• 申請日: 2023-02-08
• 公開（公告）號: CN115920838A
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 趙天翔;楊曉健;蘇凱;胡國濤;曹建新;楊毅
• 申請（專利權(quán)）人: 甕福（集團）有限責(zé)任公司;貴州大學(xué)
• 主分類號: B01J20/10
• 分類號: B01J20/10;B01J20/30;B01J20/28;B01J20/34
• 代理公司: 貴陽中工知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 52106
• 代理人: 王蕊

本發(fā)明公開了一種氮化碳二氧化硅雜化吸附劑的制備方法，以多孔二氧化硅作為骨架，以尿素、硫脲、二聚氰胺或三聚氰胺作為前驅(qū)體，熱聚構(gòu)筑二氧化硅支撐的氮化碳復(fù)合吸附材料。本發(fā)明的吸附劑具有比表面積高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易大規(guī)模制備、環(huán)境友好等特點，適用于濕法磷酸中在含有Ca、Fe、Mg、Al等多種雜質(zhì)離子的情況下，吸附脫除六價鉻離子。本發(fā)明采用動態(tài)多級串聯(lián)柱吸附法，氮化碳二氧化硅雜化吸附劑對濕法磷酸中鉻的去除率可達98%以上，而且吸附劑能夠用NaOH溶液洗滌再生，產(chǎn)生的含鉻堿液經(jīng)氯化鋇沉淀，以鉻酸鋇沉淀的形式回收鉻。整個分離過程既實現(xiàn)含鉻磷酸的凈化，又能實現(xiàn)鉻的回收與無害化處理，適用于工業(yè)含鉻磷酸的除雜提質(zhì)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種用于濕法磷酸脫鉻的氮化碳二氧化硅雜化吸附劑的制備方法，屬于化工分離領(lǐng)域。

背景技術(shù)

隨著我國“碳中和”戰(zhàn)略計劃的實施，亟需開發(fā)具有低成本、低能耗、高效率的濕法磷酸新工藝，尤其高純度的磷酸，以此滿足磷系高端化學(xué)品的開發(fā)和應(yīng)用需求。溶劑萃取法在濕法磷酸凈化中應(yīng)用最為廣泛。然而，由于磷礦差異性較大，溶劑萃取法生產(chǎn)的凈化磷酸依舊面臨重金屬鉻超標(biāo)的風(fēng)險，導(dǎo)致磷酸下游產(chǎn)品無法滿足行業(yè)或國家標(biāo)準(zhǔn)。針對鉻的脫除，常用的方法有吸附法、膜分離法、離子交換法、溶劑萃取法、電化學(xué)法等。然而，濕法磷酸成分復(fù)雜，凈化工藝條件苛刻，上述方法大多處于實驗探索階段，尚未投入工業(yè)生產(chǎn)，而且也存在鉻去除率低、操作成本高、二次污染嚴(yán)重等問題。因此，迫切需要開發(fā)廉價的技術(shù)和有效的分離介質(zhì)用于深度去除濕法磷酸中的六價鉻離子。

吸附法被認(rèn)為是濕法磷酸深度凈化最有效的方法之一，該方法在一定程度上可實現(xiàn)鉻的選擇性分離。目前脫鉻常用的吸附材料主要有活性炭、工業(yè)副產(chǎn)物(粉煤灰、爐渣、赤泥等)、生物質(zhì)材料等。然而，由于濕法磷酸凈化需在強酸性的工況條件，以及具有雜質(zhì)成分復(fù)雜的特點，這就要求吸附材料既要足夠穩(wěn)定，又要對六價鉻離子具有良好的選擇吸附性能。氮化碳材料作為一種氮摻雜的碳材料，具有豐富的吸附位點、廉價易制備、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定等優(yōu)點，可作為優(yōu)良的重金屬吸附材料。例如中國專利（申請公布號CN104672159A）報道了石墨相氮化碳表面改性的處理方法及重金屬離子吸附應(yīng)用，但該方法需要使用濃硫酸及高錳酸鉀對氮化碳氧化處理，再經(jīng)雙氧水還原，制備過程繁瑣。中國專利(授權(quán)公布號CN110368893B)報道了一種石墨相氮化碳二氧化鈦復(fù)合材料及分離水相中放射性鈷離子的應(yīng)用，但在強酸性環(huán)境下，此類氮化碳雜化材料的穩(wěn)定性差，難以應(yīng)用到濕法磷酸體系中重金屬鉻離子的去除。關(guān)于氮化碳吸附材料用于濕法磷酸中鉻的脫除，目前沒有相關(guān)專利報道。

氮化碳比表面積通常較低，為了進一步提高其吸附性能，通常將氮化碳與羥基磷灰石（申請公布號CN114939395A）、氧化石墨烯（申請公布號CN112371096A）等復(fù)合，構(gòu)筑具有特殊功能的氮化碳雜化材料?？紤]濕法磷酸凈化需在強酸性的工況條件，本發(fā)明選擇耐磷酸、且具有規(guī)整的孔結(jié)構(gòu)和高比表面積的介孔二氧化硅作為骨架，采用一步碳化法制備氮化碳二氧化硅雜化吸附劑。所制備的氮化碳二氧化硅雜化不僅保留了豐富的孔隙結(jié)構(gòu)和高比表面，而且展現(xiàn)出優(yōu)異的鉻吸附性能，尤其對濕法磷酸中鉻的去除率可達98%以上。

發(fā)明內(nèi)容

為了深度去除濕法磷酸中的六價鉻離子，本發(fā)明提出了一種氮化碳二氧化硅雜化吸附劑的制備方法。所制備的吸材料具有比表面積高、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、易大規(guī)模制備、環(huán)境友好等特點，對濕法磷酸中鉻的去除率可達98%以上，且吸附劑可再生循環(huán)利用。

本發(fā)明的目的具體通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)的：

1）氮化碳二氧化硅復(fù)合吸附劑制備。將具有特定孔結(jié)構(gòu)和比表面積的二氧化硅與氮化碳前驅(qū)體(尿素、硫脲、二聚氰胺、或三聚氰胺)按質(zhì)量比1.0:（0.1~1.0）（例如二氧化硅與氮化碳前驅(qū)體質(zhì)量比為1.0:0.1、1.0:0.15、1.0:0.2、1.0:0.5、1.0:1.0等）的質(zhì)量充分混合，然后在特定氣氛下高溫?zé)峋?，熱聚產(chǎn)物再經(jīng)后強化處理和洗滌干燥，獲得氮化碳二氧化硅復(fù)合吸附材料粉末，經(jīng)物理吸附儀測定其比表面積為224~648?m²/g。