特效碘离子吸附剂的设计制备、吸附机理及绿色吸附工艺研究

The iodide content in the oilfield brine in Qaidam Basin is 1.7 times of the grade for industrial comprehensive utilization. The prospective reserve is 4.91 million tons on the base of molecular iodine. Now the main technique for extracting iodide from solutions is, first oxidizing iodide to iodine, and then extracting iodine using the methods of air blowing, flotation, or adsorption. The technological process of this technique is long. There are polution problems. It would be a green and concise technique to directly adsorb iodide from solutions. But now there are no specific adsorbents with a high adsorption capacity, a good selectivity and reusibility. The studies on the adsorption and desorption precesses and mechanisms are insufficent. In this study, we will use composite sol-gel techniques to design and prepare specific iodide adsorbents by carefully selecting adsorption effective components and adsorbent matrixes. We will study the adsorption and desorption properties, the related laws and mechanisms, and study the green technique for directly adsorbing iodide from solutions. Through this study, new specific iodide adsorbents will be prepared. A new green technique for directly extracting iodide from soluitions and the related mechanisms, and some iodide products will be obtained. This study would be of great importance for designing and preparing new adsorbents, thoroughly understanding adsorption and desorption mechanisms, and comprehensively utilizing brine resouces.

柴达木盆地油田卤水中碘离子的平均含量为工业综合利用品位的1.7倍，以分子碘计的远景储量为491万吨。目前国内外从溶液中提碘的主要方法是首先将碘离子氧化成单质碘，然后用空气吹出、浮选、吸附等方法提取，工艺流程较长，碘离子氧化过程会造成较大的环境问题。从溶液中直接吸附碘离子将是一个绿色而简洁的新工艺，但目前缺乏吸附容量高、选择性好、可再生循环使用的综合性能优良的碘离子吸附剂，对吸附、脱附规律和机理也缺乏研究。我们将通过优选吸附剂有效成分和基质材料，采用复合溶胶-凝胶技术，设计制备特效碘离子吸附剂，综合研究吸附、脱附规律与机理，研究从卤水中直接吸附分离碘离子的绿色工艺。通过开展该研究工作，制备出新型特效碘离子吸附剂，得出吸附分离绿色创新工艺及相关过程的机理，分离提取出碘化物产品。该研究工作对于新型吸附剂的设计制备、吸附和脱附机理的深入认识、以及卤水的综合利用都具有重要意义。

针对缺乏吸附容量高、选择性好、可再生循环使用的综合性能良好的碘离子吸附剂的问题，通过优选吸附剂有效成分和基质材料，采用复合溶胶-凝胶技术，设计制备了系列含胺（铵）聚硅烷凝胶吸附剂，对比考察了吸附剂对碘离子的吸附容量、吸附选择性及其再生性能，优选出了三种综合性能良好的吸附剂GPTMS-N235、GPTMS-TSPA和GPTMS-TSPA-N235，吸附剂的吸附容量达到0.9 mmol/g以上，选择性高，在Cl/I=500的溶液中选择吸附I-，采用碱性溶液再生后循环使用。GPTMS-N235在最佳pH 1.5-2.5下吸附量最高可达3 mmol/g，且在高盐体系中仍有较好的吸附性能；GPTMS-TSPA-N235的最佳使用pH在2.5、吸附量最高可达1.2 mmol/g、吸附平衡时间较短、近中性体系中仍有吸附效果；GPTMS-TSPA吸附剂的吸附量可达2 mmol/g，吸附6小时左右即可基本达到平衡，循环使用10次吸附量基本不下降。考察了溶液中I-浓度、pH值、共存氯化钠对吸附的影响，洗脱液浓度、流速、碘氢比对脱附再生的影响，明确了吸附剂的吸/脱附最佳条件。动态柱吸附时料液流速为0.064 mL/min、碘氢比为1:2时吸附效果最佳；吸附脱附5次循环时，随着循环次数的增加，碘离子的穿透逐渐加快；碳酸钠的洗脱能力优于氢氧化钠，洗脱液为0.01 mol/L 的碳酸钠溶液，料液流速为0.35 mL/min时洗脱效果最佳，富集约5倍时，洗脱率达80%左右。对吸附前后材料进行了SEM、EDS、FTIR表征，结合设计思路，研究探讨了吸附机理、选择性机理。吸附剂中的氨基、叔胺基、环氧基、醚氧基在酸性条件下质子化带正电荷，通过静电作用吸附阴离子，疏水性较强的吸附剂pGPTMS和GPTMS-N235选择性的吸附水化程度更低的碘离子。吸附机理和选择性机理的分析为吸附剂的优化和其他阴离子的吸附分离提供了理论参考。提出了吸附法从卤水中分离碘的工艺方案，同时探索了吸附剂应用于放射性废液中放射性碘离子的去除研究，其中三种吸附剂TSPA-AgCl、GPTMS-TSPA-N235和GPTMS-N235-MAPTS的吸附1 h的碘去除率达85%以上，在放射性碘处理方面具有较好的应用前景。