鐵基納米合金及其在吸附銫中的應用的制作方法
【專利摘要】本發明公開了鐵基納米合金及其在吸附銫中的應用，首先利用液相化學還原法制備磷鐵納米合金材料；然后制備的磷鐵合金材料用于吸附水溶液中銫離子。本發明技術方案中利用鐵基納米合金材料通過吸附去除水中銫離子，鐵基納米合金材料具有制備過程簡單、耐酸、耐輻射、易回收等特點，并且對銫離子吸附容量可觀。
【專利說明】鐵基納米合金及其在吸附銫中的應用

【技術領域】
[0001]本發明屬于無機材料吸附【技術領域】，更加具體地說，涉及一種鐵基納米合金在吸附銫中的應用。

【背景技術】
[0002]以核能為代表的新能源發展越來越受到眾多國家的重視。核燃料后處理是目前己知的最復雜和最具挑戰性的化學處理過程之一，這也是核燃料后處理技術進展比較緩慢的重要原因之一。137Cs是高放廢液中壽命較長的高釋熱裂變產物，所占放射性份額較大，在分離工藝去除和回收137Cs,既可將高放廢液變為中低放廢液，還可進行資源化利用。從廢液中分離銫的常用手段包括離子交換法、沉淀法和溶劑萃取法。無機離子交換技術成熟，處理設備簡單，不引入危險溶劑，具有對目標元素選擇性好、可穩定存在(狀態穩定)、抗輻射性強等特點，成為目前應用較為廣泛的處理手段。用于除銫的無機離子交換材料主要有雜多酸鹽，多價金屬磷酸鹽，不溶性鐵氰化合物，鈦硅化合物，天然及人造沸石等，其中沸石類材料交換容量易受溶液的酸度和鹽含量影響，僅適于處理低酸度、低鹽含量的放射性廢液，對于高鹽度、高酸性廢液效果低下；不溶性亞鐵氰化物交換劑交換平衡時間長，不能重復再生使用；合成硅鈦化合物主要是針對堿性的高放廢液，在酸性高放廢液中去除銫的涉及較少；NASIC0N構型的磷酸鹽適合用于固定放射性廢料載體，對于水體中銫離子的去除分配系數較低，吸附容量不大。


【發明內容】

[0003]本發明的目的在于克服現有技術的不足，提供一種鐵基納米合金及其在吸附銫中的應用，利用鐵基納米合金材料通過吸附去除水中銫離子，鐵基納米合金材料具有制備過程簡單、耐酸、耐輻射、易回收等特點，并且對銫離子吸附容量可觀。
[0004]本發明的技術目的通過下述技術方案予以實現:
[0005]鐵基納米合金及其在吸附銫中的應用，首先利用液相化學還原法制備磷鐵(鐵基)納米合金材料；然后制備的磷鐵(鐵基)合金材料用于吸附水溶液中銫離子即可。
[0006]在進行水體中銫的吸附時，選擇將鐵基納米合金置于水體中，吸附后進行過濾分離，由于材料中含有具有磁性的鐵元素，可利用外加磁場對吸附后材料分離，通過材料制備環節調節材料的磁性強度，提高分離效率。
[0007]在進行吸附時，選擇常溫常壓即可(20—25攝氏度，一個大氣壓)，并可選擇進行攪拌(例如超聲或者機械攪拌)，吸附時間選擇至少在Ih之上，優選2 — 4h。
[0008]本發明技術方案中利用鐵基納米合金作為吸附載體，選擇磷鐵合金、磷鐵鎳合金或者磷鐵鈷合金，制備方法可參考下述文獻進行:
[0009](I)憐鐵合金制備:Physicochemical and catalytic properties of Fe -Pultrafine amorphous catalysts, Baskaran RajeshjNatarajan SasirekhajYu-WenChen, Molecular Catalysis A:Chemical275(2007) 174 - 182 ；
[0010](2)憐鐵鎮合金制備:A Fe-promoted N1- P amorphous alloy catalyst (N1-Fe - P)for liquidphase hydrogenat1n of m_and p-chloronitrobenzene。XinhuanYana, , Junqing Suna, Youwen ffangb, Jianfeng Yanga.Journal of Molecular CatalysisA:Chemical252(2006) 17 - 22 ；
[0011](3)憐鐵鈷合金制備:Preparat1n of Fe-Co-P amorphousal1ys byelectrodeposit1n, J.Herreros, J.M.Barandiar, A.Garcia-Arribas。Journal ofNon-Crystalline Solids201(1996)102-109。
[0012]在具體制備中也可按照下述方案進行:配置鐵離子的水溶液和次磷酸鈉的水溶液進行混合，其中可根據添加元素種類和要求向鐵離子的水溶液中加入鎳、鈷，在選擇鐵源、鎳源、鈷源時，選擇相應的可溶性鹽即可，并通過lmol/L的鹽酸調節混合液的pH至1.5，然后向混合液中滴加KBH4水溶液，待滴加完畢反應結束后將產生的棕黑色沉淀，將此沉淀依次用去離子水、乙醇、丙酮洗滌數次去掉游離離子，于80°C真空干燥，700°C下煅燒0.5-1h即可得到鐵基納米合金。
[0013]其中鐵源可選擇FeCl2、FeSO4, FeCl3等可溶鐵鹽，所述KBH4加入量需根據混合液中金屬離子和磷元素進行還原所需的化學反應計量進行添加。
[0014]使用的磷鐵合金、磷鐵鎳合金、磷鐵鈷合金中，三種元素的摩爾比在下述范圍內選擇:
[0015](I)磷鐵合金:Fe/P: (4 — 7):1
[0016](2)磷鐵鎳合金:N1:Fe:P=9:30: (10—11)
[0017](3)磷鐵鈷合金:Fe:Co:P= (28—30):15: (7—10)
[0018]在完成吸附過濾之后，將濾液利用原子吸收分光光度計(日本日立公司型號:Z-5300)測定吸附后溶液中銫離子濃度，即可計算材料的吸附容量。
[0019]本發明的技術方案通過鐵基納米合金作為吸附載體，直接投入水體中進行銫的吸附，通過檢測吸附后溶液中銫離子濃度，確定材料的吸附容量(平均可達35— 40mg/g);并在實驗室模擬高放廢液環境(1500ppm的銫離子硝酸水溶液，硝酸的濃度為3mol/L)中進行吸附，材料的吸附容量亦可達到上述平均值，并同時較為完好地保持材料的形貌，說明吸附材料具有耐酸、耐腐蝕等特點。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1是本發明實施例中制備的鐵基納米合金的掃描電鏡照片(SEM，日本日立公司，S-4800)。

【具體實施方式】
[0021 ] 下面結合具體實施例進一步說明本發明的技術方案。
[0022]實施例1
[0023]將5.40gFeCl3.6H20溶于100ml去離子水中，完全溶解后，加入次磷酸鈉固體溶解，會有白色沉淀產生不影響后續試驗進行，將上述溶液調節PH值至1.5左右得到磷鐵溶液。配制lmol/L的KBH4水溶液，溶解完全后。在攪拌得得情況下緩慢加入到磷鐵溶液中，出現棕黑色沉淀，滴加結束，繼續攪拌I小時。然后離心洗滌數次。80°C真空干燥，在700°C下煅燒Ih。
[0024]實施例2
[0025]憐鐵合金制備:Physicochemicaland catalytic properties of Fe -Pultrafine amorphous catalysts, Baskaran Rajesh, Natarajan Sasirekha, Yu-ffenChen, Molecular Catalysis A:Chemical275 (2007) 174 - 182 ;憐鐵合金:Fe/P:4:1
[0026]實施例3
[0027]憐鐵合金制備:Physicochemicaland catalytic properties of Fe -Pultrafine amorphous catalysts,Baskaran Rajesh, Natarajan Sasirekha, Yu-ffenChen,Molecular Catalysis A:Chemical275 (2007) 174 - 182 ;憐鐵合金:Fe/P: 7:1
[0028]實施例4
[0029]憐鐵鎮合金制備:AFe-promoted N1- P amorphous alloy catalyst (N1-Fe - P)for liquidphase hydrogenat1n of m_and p-chloronitrobenzene。XinhuanYana, , Junqing Suna, Youwen ffangb, Jianfeng Yanga.Journal of Molecular CatalysisA:Chemical252(2006) 17 - 22 ;N1:Fe:P=9:30:10
[0030]實施例5
[0031]憐鐵鎮合金制備:AFe-promoted N1- P amorphous alloy catalyst (N1-Fe - P)for liquidphase hydrogenat1n of m_and p-chloronitrobenzene。XinhuanYana, , Junqing Suna, Youwen ffangb, Jianfeng Yanga.Journal of Molecular CatalysisA:Chemical252(2006) 17 - 22 ;N1:Fe:P=9:30:11
[0032]實施例6
[0033]憐鐵鈷合金制備！Preparat1nof Fe-Co-P amorphousal1ys byelectrodeposit1n, J.Herreros, J.M.Barandiar, A.Garcia-Arribas。Journal ofNon-Crystalline Solids201(1996)102-109 ；Fe:Co:P=28:15:7
[0034]實施例7
[0035]憐鐵鈷合金制備！Preparat1nof Fe-Co-P amorphousal1ys byelectrodeposit1n, J.Herreros, J.M.Barandiar, A.Garcia-Arribas。Journal ofNon-Crystalline Solids201(1996)102-109 ；Fe:Co:P=30:15:10
[0036]實施例8
[0037]憐鐵鎮合金制備:AFe-promoted N1- P amorphous alloy catalyst (N1-Fe - P)for liquidphase hydrogenat1n of m_and p-chloronitrobenzene。XinhuanYana, , Junqing Suna, Youwen ffangb, Jianfeng Yanga.Journal of Molecular CatalysisA:Chemical252(2006) 17 - 22 ；N1:Fe:P=9:29.9:11.1
[0038]將實施例2—8中制備的吸附材料80°C真空干燥，在700°C下煅燒Ih ;將煅燒后的實施例1一8研細用于吸附實驗，預先配制濃度為150ppm(150mg/L)銫離子水溶液100ml，稱取0.4g吸附劑加入銫離子溶液中，超聲分散均勻，然后磁力攪拌反應2h，取樣5ml用0.45 μ m濾膜過濾，濾液稀釋使用原子吸收分光光度計測定吸附后銫離子溶液濃度，計算材料的吸附容量(每組實施例進行三次試驗然后計算平均)，如下
[0039](I)實施例1:35.2mg/g
[0040](2 )實施例 2:36.4mg/g
[0041](3)實施例 3:40.3mg/g
[0042](4 )實施例 4:37.2mg/g
[0043](5 )實施例 5:38.3mg/g
[0044](6 )實施例 6:39.8mg/g
[0045](7)實施例1:37.lmg/g
[0046](8)實施例 8:36.4mg/g
[0047]配制1500ppm的銫離子硝酸水溶液，其中硝酸的濃度為3mol/L，加入準確稱量的1.0g吸附材料加入銫離子溶液中，超聲分散均勻，然后磁力攪拌反應2h，取樣5ml用0.45 μ m濾膜過濾，濾液稀釋使用原子吸收分光光度計測定吸附后銫離子溶液濃度，計算材料的吸附容量(每組實施例進行三次試驗然后計算平均)，如下
[0048](I)實施例1:35.4mg/g
[0049](2 )實施例 2:36.2mg/g
[0050](3 )實施例 3:39.9mg/g
[0051](4)實施例 4:37.lmg/g
[0052](5)實施例 5:38.7mg/g
[0053](6 )實施例 6:38.4mg/g
[0054](7)實施例1:36.9mg/g
[0055](8 )實施例 8:37.4mg/g
[0056]針對兩種不同環境中的Cs，材料的吸附容量均可達到比較理想的水平，在酸性條件下同時較為完好地保持材料的形貌，說明吸附材料具有耐酸、耐腐蝕等特點。
[0057]以上對本發明做了示例性的描述，應該說明的是，在不脫離本發明的核心的情況下，任何簡單的變形、修改或者其他本領域技術人員能夠不花費創造性勞動的等同替換均落入本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，在進行水體中銫的吸附時，將磷鐵(鐵基)納米合金置于水體中，吸附后進行過濾分離。
2.根據權利要求1所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，利用外加磁場對吸附后材料分離，通過材料制備環節調節材料的磁性強度，提高分離效率。
3.根據權利要求1所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，在進行吸附時，選擇常溫常壓，例如20— 25攝氏度和一個大氣壓。
4.根據權利要求1所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，在進行吸附時，選擇進行攪拌，例如超聲或者機械攪拌。
5.根據權利要求1所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，在進行吸附時，吸附時間選擇至少在Ih之上，優選2 — 4h。
6.根據權利要求1所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，所述磷鐵(鐵基)納米合金選擇磷鐵合金、磷鐵鎳合金或者磷鐵鈷合金。
7.根據權利要求6所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，所述磷鐵合金中元素摩爾比為Fe/P:(4—7):1 ;所述磷鐵鎳合金中元素摩爾比為N1:Fe:P=9:30:(10—11);所述磷鐵鈷合金中元素摩爾比為Fe:Co:P= (28—30):15: (7—10)。
8.根據權利要求1所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，所述磷鐵(鐵基)納米合金具體制備方法按照下述方案進行:配置鐵離子的水溶液和次磷酸鈉的水溶液進行混合，其中根據添加元素種類和要求向鐵離子的水溶液中加入鎳、鈷，在選擇鐵源、鎳源、鈷源時，選擇相應的可溶性鹽即可，并通過lmol/L的鹽酸調節混合液的pH至1.5，然后向混合液中滴加KBH4水溶液，待滴加完畢反應結束后將產生的棕黑色沉淀，將此沉淀依次用去離子水、乙醇、丙酮洗滌數次去掉游離離子，于80°C真空干燥，700°C下煅燒0.5-1h即可得到鐵基納米合金。
9.根據權利要求8所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，所述鐵源可選擇FeCl2、FeSO4, FeCl3等可溶鐵鹽。
10.根據權利要求8所述的鐵基納米合金在吸附銫中的應用，其特征在于，所述KBH4加入量需根據混合液中金屬離子和磷元素進行還原所需的化學反應計量進行添加。
【文檔編號】C02F1/62GK104418400SQ201310365732
【公開日】2015年3月18日 申請日期:2013年8月20日 優先權日:2013年8月20日
【發明者】那平, 蔡曉嬌, 周世民, 王娜, 劉帥 申請人:天津大學