铯的溶剂萃取及富集分离方法研究

来源 :中国科学院大学(中国科学院青海盐湖研究所) | 被引量 : 8次 | 上传用户:a77115280
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铯作为一种化学性质活泼的碱金属,主要以化合态储藏在铯榴石、铯硅华、锂云母、气田水、地热水和盐湖卤水中。由于它具有优异的光电性能,在催化、光电、磁流体发电和医药等很多领域应用广泛。铯的主要分离提取方法有(1)分步结晶法;(2)沉淀法;(3)硫酸浸出法;(4)离子交换法;(5)溶剂萃取法等,其中最适用于液矿中分离铯的是溶剂萃取法。虽然在气田水、地热水和卤水中也储存着大量的铯,但是由于在这些液矿中铯的含量较低,并且伴生着的钾、钠、镁和铷等金属离子给从液矿中分离提取铯造成了很大的困难,导致从大多数液矿中提铯还不能进行工业化生产。因此,建立一种简单快速、选择性好和高效便捷的铯的富集分离方法尤为重要。本文全面考察了使用t-BAMBP(4-叔丁基-2-(α-甲基苄基)苯酚)/磺化煤油作为萃取剂萃取液相体系中的铯离子的影响因素;并对该萃取体系的动力学进行了深入的研究;合成了Cs(I)离子印迹聚合物。主要工作如下:1.采用溶剂萃取法,研究了t-BAMBP/磺化煤油体系对溶液中微量铯进行萃取的影响因素,使用盐酸进行反萃。主要考察了萃取剂浓度、O/A(萃取剂油相与溶液水相之比)、碱度、萃取时间、振荡强度、萃取温度、反萃酸的浓度和反萃时间等实验条件。通过正交实验发现最佳正萃条件为萃取剂浓度1.5 mol/L,O/A相比0.5:1,碱度1 mol/L,萃取时间2 min,振荡强度200 r/min,萃取温度为0℃,反萃酸c(HCl)为0.1 mol/L,反萃时间t2为3 min。2.应用单液滴装置对t-BAMBP/磺化煤油体系萃取液相中铯的动力学进行了研究。研究中主要考察了比界面积S、被萃取液相中铯离子浓度和萃取剂浓度对萃取反应速率常数R的影响;计算了反应过程对铯离子浓度和t-BAMBP浓度的反应级数,同时建立了萃取反应动力学方程。3.以Cs(I)离子为功能模板,采用表面离子印迹技术,制备出Cs(I)离子印迹聚合物。通过FT-IR、SEM、热重分析和氮吸附比表面积测定仪等手段对吸附剂进行了表征。详细考察了Cs(I)-IIP(铯离子印迹聚合物)和N-IIP(非印迹聚合物)对Cs(I)的选择吸附和分离富集性能。结果表明,Cs(I)离子印迹聚合物在pH值为6时能定量吸附Cs(I),60 min达到吸附平衡且重复性好,最大吸附容量为38.46 mg/g远大于N-IIP的吸附容量13.20 mg/g。吸附过程中吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附等温曲线符合Langmuir模型。Cs(I)离子印迹聚合物对Cs+/Li+,Cs+/Na+,Cs+/K+,Cs+/Rb+的相对选择因子αr值分别是28.2,34.8,30.2,38.0,而且远大于1,这说明印迹与非印迹聚合物对Cs(I)离子有较好的选择和识别性。经10次吸附-脱附循环操作后,Cs(I)-IIP对Cs(I)的回收率仍不低于96%,表明该吸附剂材料再生性能较好且可以重复使用。将Cs(I)离子印迹聚合物应用于盐湖卤水中铯离子的吸附,研究表明其对铯离子的吸附量可达4.92 mg/g,吸附率为75.23%,具有一定的应用前景。并建立了分离富集测定Cs(I)的新方法。用该印迹聚合物分离富集Cs(I)检出限为0.06 mg/L,可应用于盐湖合成卤水样品中痕量Cs(I)的测定。
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