一種從鹽湖水中同時分離銣和銫的方法與流程

2023-05-19 07:23:51 1

本發明涉及元素分離技術領域，具體涉及一種從鹽湖水中同時分離銣和銫的方法。

背景技術：

鹽湖為乾旱地區含鹽度很高的湖泊，礦化度大於35g/L，鹽湖是湖泊發展到老年期的產物，富集有多種鹽類，是重要的礦產資源。

鹽湖是一種鹹化水體，通常是指湖水含鹽度w(NaCleq)>3.5％(大於海水平均鹽度)的湖泊，也包括表面滷水乾涸、由含鹽沉積與晶間滷水組成的幹鹽湖(地下滷水湖)。鹽湖中沉積的鹽類礦物約達200種，人類已經從鹽湖中大量開採石鹽、鹼、芒硝和鉀、鋰、鎂、硼、溴、硝石、石膏和醫用淤泥等基本化工、農業、輕工、冶金、建築和醫療等重要原料。鹽湖中還賦存著具有工業意義的銣、銫、鎢、鍶、鈾以及氯化鈣、菱鎂礦、沸石、鋰蒙脫石等資源。

中國是世界上鹽湖最多的國家之一，鹽湖的分布幾乎全部集中在廣大的內陸區域。從東北的吉林省起，向西綿延，經內蒙古、寧夏、甘肅、新疆、青海，直至西藏，在全國約1/2的遼闊土地上，星羅棋布地分布著數以千計的鹽湖。其中，被稱為「鹽湖之家」的青藏高原，就有數百個鹽湖，被譽為鹽的世界。

中國對鹽湖資源的開發利用有著悠久的歷史，就開採的鹽類來說，以食鹽為主，其次是天然鹼。隨著技術的進步，對鹽湖中的鹽類礦物資源利用越來越充分，各種分離手段也不斷湧現，但是尚缺乏簡單可行的方法。

技術實現要素：

本發明提供了一種從鹽湖水中同時分離銣和銫的方法，能夠從鹽湖水中同時吸附分離出銣和銫，選擇性高，操作簡單，且分離效率高。

一種從鹽湖水中同時分離銣和銫的方法，包括如下步驟，將吸附劑與鹽湖水混合，鹽湖水中離子形態的銣和銫被吸附劑吸附分離，所述吸附劑由如結構式Ⅰ所示的化合物負載在載體上製成：

所述鹽湖水中含有Rb(I)、Cs(I)和其他金屬離子，其他金屬離子為Li(I)、Na(I)、K(I)、Sr(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)、Ba(Ⅱ)中的至少一種。

本發明中的吸附劑由載體，與如結構式I所示的化合物Calix[4]Bis(18Crown6)複合而成，對於銣和銫具有特殊的吸附性能，能夠從鹽湖水中一次性分離得到銣和銫。

鹽湖水的pH偏鹼性，優選地，所述鹽湖水的pH值為9。本發明提供的吸附劑在pH值為9的條件下，對於鹽湖水中的銣和銫的吸附能力顯著優於其他金屬離子，能夠同時將銣和銫與其他金屬離子分離，對於銣和銫之間的分離，可以進一步採用現有技術中的其他手段。

本發明提供的吸附劑在pH為9時，分離效果最好，pH為9並不嚴格限定為一點，允許有少量偏差。

作為優選，每g吸附劑與20-30mL鹽湖水混合。本發明提供的吸附劑選擇性好，分離效率高，少量使用，即能達到理想的分離效果。

作為優選，所述載體為被覆聚合物的大孔SiO2。所述被覆聚合物的大孔SiO2為矽基-苯乙烯-二乙烯基苯聚合物(SiO2-P)，是一類新型無機/有機載體材料，美國專利US6843921中公開了SiO2-苯乙烯-二乙烯基苯聚合物，SiO2-P是一種含多孔二氧化矽載體顆粒的有機高聚合物複雜載體，其製備方法如下：

(1)將大孔的SiO2用濃硝酸洗滌、抽濾、去離子水洗至中性，重複10餘次，乾燥。

(2)真空並有氬氣保護條件下，以1,2,3-三氯丙烷和m-二甲苯為溶劑，向大孔SiO2中加入48.7g的m/p-甲酸基苯乙烯，8.9g的m/p-二乙烯基苯，72.2g二辛基臨苯二甲酸酯，54.0g甲基安息香酸鈉，0.56gα,α-偶二異丁腈和0.57g1,1′-偶二環己胺-1-腈，由室溫逐步加熱到90℃，並保持13小時，之後，逐步冷卻至室溫。

(3)分別用丙酮和甲醇洗滌、抽濾上述產物，重複10餘次，乾燥。除了鹽湖水的pH值影響銣和銫的分離效果，鹽湖水中的金屬離子濃度也將影響分離效果，優選地，每種金屬離子的濃度為5.0×10-4-1.0×10-3M。

本發明中，所述吸附劑的製備方法如下：

將如結構式I所示的化合物溶解於二氯甲烷中，在所得溶液中加入載體混合均勻，經旋蒸乾燥後，得到吸附劑。

旋蒸時，使大部分二氯甲烷揮發至近幹狀態，在毛細作用以及物理吸附作用下，化合物分子進入載體的空隙中，然後將近幹狀態的物料在50-60℃下真空乾燥至少24小時，得到吸附劑。

作為優選，每g如結構式I所示化合物溶解於80-100mL二氯甲烷中。如結構式I所示化合物與載體的質量比為1：8-10。

為了保證分離效果，優選地，吸附劑與鹽湖水在室溫下(25±5℃)混合吸附，吸附時間為150-180min。混合吸附在振蕩條件下進行，振蕩速率為120-150rpm。

本發明從鹽湖水中同時分離銣和銫的方法，能夠從鹽湖水中同時吸附分離出銣和銫，選擇性高，操作簡單，且分離效率高。

附圖說明

圖1為本發明製備的吸附劑從鹽湖水中分離銣和銫的分配係數隨鹽湖水pH值變化的關係圖。

具體實施方式

實施例1

將0.5g如結構式Ⅰ所示的化合物Calix[4]Bis(18Crown6)溶解於45.0mL二氯甲烷中，混合均勻得到溶液；向此溶液中加入4.5gSiO2-P攪拌均勻，並使用旋轉蒸發儀，在減壓條件下旋轉蒸發使二氯甲烷揮發至物料到近幹狀態，然後再將近幹狀態的物料在55℃下真空乾燥24h，得到吸附劑。

實施例2

將0.5g如結構式Ⅰ所示的化合物Calix[4]Bis(18Crown6)溶解於40.0mL二氯甲烷中，混合均勻得到溶液；向此溶液中加入4.0gSiO2-P攪拌均勻，並使用旋轉蒸發儀，在減壓條件下旋轉蒸發使二氯甲烷揮發至物料到近幹狀態，然後再將近幹狀態的物料在50℃下真空乾燥24h，得到吸附劑。

實施例3

將0.5g如結構式Ⅰ所示的化合物Calix[4]Bis(18Crown6)溶解於50.0mL二氯甲烷中，混合均勻得到溶液；向此溶液中加入5.5gSiO2-P攪拌均勻，並使用旋轉蒸發儀，在減壓條件下旋轉蒸發使二氯甲烷揮發至物料到近幹狀態，然後再將近幹狀態的物料在60℃下真空乾燥24h，得到吸附劑。

實施例4-10

(1)將鹼金屬鹽LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3；鹼土金屬鹽Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Sr(NO3)2、Ba(NO3)2加入去離子水配製成同時含有多種金屬離子的鹽湖水，鹽湖水中各金屬離子的濃度為2.0×10-3-5.0×10-3M。

(2)在鹽湖水中加入NaOH溶液和去離子水，調節鹽湖水的pH值分別為3、4、5、6、7、8、9，每種金屬離子的濃度為5.0×10-4M。

(3)將步驟(2)得到的含有9種金屬元素的鹽湖水與實施例1製備的吸附劑接觸混合，混合時的用量比為：每3.0mL鹽湖水對應0.15g吸附劑。

(4)將步驟(3)所得混合液在TAITECMM-10型振蕩器上進行吸附實驗，振蕩器振蕩速率為120rpm，室溫298K下操作，吸附時間為180min，使吸附達到平衡，然後用ICP-OES測量吸附前後不同水相中各元素的含量。

實施例4-10的吸附結果如圖1所示，圖1中橫坐標為鹽湖水的pH值，縱坐標為分離係數。由圖1可以看出，當鹽湖水的pH值為9時，分離效果最好。