POMs复合多孔材料的制备及其对盐湖卤水中铷铯的选择吸附性能研究

Brine is one of the important rubidium and cesium resources. Western China is very rich in brine resources.However, the research work about the separation of rubidium and cesium from brine systems started late,and few studies have described. In the reported methods many defects could be found,such as,poor selectivity and separation,difficult to handle with. Therefore, the development of a simple, inexpensive, and practical method for the separation of rubidium and cesium from brine is very important. Our preliminary studies showd that the polyoxometalate-based crystalline composite adsorbent had high stability, and ion-selectivity, and the preparation method was simple, which can be used as absorbent for the separation of the rubidium and cesium ion form the brine. We intend to use the hydrothermal synthesis method to prepare the rubidium, cesium adsorbent, and their adsorption capacity, selectivity, recovery, adsorption kinetics and equilibrium under various experimental conditions will be studied.

盐湖卤水是非常重要的铷、铯来源之一，我国西部地区有非常丰富的盐湖卤水资源,然而利用盐湖卤水分离提取铷、铯等稀有金属的研究工作起步较晚、报道较少，普遍存在离子选择性差、分离能力小，操作困难等条件的限制,且吸附机理尚不明确。我们前期研究发现基于多金属氧酸盐（POMs）的晶态复合吸附材料具有稳定性高，离子选择性好，制备方法简单，可循环使用等优点，据此提出将这类吸附材料用于盐湖卤水中铷、铯离子的分离提取。采用水热合成的方法制备铷、铯复合吸附剂，利用其吸附功能和筛分效应对盐湖卤水中的铷、铯离子进行分离提取的研究，探讨其吸附量、选择性、回收率、吸附平衡及吸附动力学等关键问题。该研究对于阐明无机离子交换剂对盐湖卤水中铷铯离子的吸附机理具有重要意义，为解决盐湖卤水稀有金属离子分离提取中的关键技术提供思路。

盐湖卤水是非常重要的铯来源之一。我国西部地区，尤其是青海省，有非常丰富的盐湖卤水资源, 但卤水中钾、钠、镁等共存离子与铯离子的物理化学性质十分相似，给铯离子分离提取带来困难。具有Keggin结构的钼磷酸铵(AMP)对铯离子具有很高的选择性，但因其微晶结构而很难直接用作铯离子吸附剂。据此本项目提出“one-pot”方法原位合成AMP担载型复合吸附材料，并将其用于盐湖卤水中铯离子的分离提取。本项目执行期间完成的具体研究内容如下：. ①以马海盐湖地区高含泥提钾尾矿为起始原料成功制备并表征了介孔分子筛Al-MCM-41、SBA-15、微孔分子筛Y，同时原位合成了复合吸附材料AMP/Al-MCM-41、AMP/SBA-15、AMP/Y。其中AMP/Al-MCM-41对模拟卤水中Cs(I) 最大吸附量为73.9mg/g，AMP/SBA-15的最大吸附量为90mg/g，AMP/Y的最大吸附量为97mg/g，高于文献报道的某些吸附剂。该合成方法降低了材料的合成成本，实现了尾矿的高值化利用，同时也为盐湖卤水中铯资源的分离提取提供了新材料和新思路。. ②采用水热法合成并表征了磷钼酸铵/1,3,5-苯三甲酸铜(II)杂化化合物（AMP/Cu-BTC），该晶态材料对Cs(I) 的最大吸附量为31.348mg/g。吸附后的材料仍能保持良好的晶态，与传统的粉体材料相比，具有良好的机械稳定性。. ③采用表面印迹技术，分别以磁性Fe3O4@SiO2、Fe3O4@TiO2@SiO2微球为基底，铯离子为模板，羧化壳聚糖为功能单体，成功合成了两个磁性铯离子表面印迹聚合物Cs@Fe3O4@SiO2、Cs@Fe3O4@TiO2@SiO2。其对水溶液中铯离子的吸附容量分别为36.15 mg/g 和70.88 mg/g，在天然卤水体系中对铯的吸附率分别为71.60%和74.65%。. ④采用表面印迹技术，以Cs(I)为模板，壳聚糖为功能单体，在介孔材料SBA-15表面进行氨基化、醛基化修饰，成功制备了铯离子表面印迹聚合物Cs@壳聚糖@SBA-15。其对铯离子的最大吸附量为36.19 mg/g，具有良好的吸附选择性和循环利用性能。. 截止目前本研究已按计划完成了预期任务。该项目为新型吸附材料的设计与合成及其在盐湖卤水稀有组分分离提取中的应用提供了有益思路和理论支撑。