一种离子筛吸附材料及其制备方法和在提取水体中碘元素的应用技术

本发明专利技术公开了一种离子筛吸附材料及其制备方法和在提取水体中碘元素的应用，以表面带有刺状结构的三维二氧化钛微球为基体，对其进行贵金属银或者铜表面修饰改性处理，制得一种具有高选择性、高吸附容量的离子筛。利用钛前驱体液制备具有刺状表面结构的三维二氧化钛微球材料，然后在超声波及紫外光作用下实现银或者铜在三维二氧化钛表面的修饰作用。在本发明专利技术的技术方案中，三维二氧化钛材料制备简单，银离子或者铜离子修饰过程无需添加其他化学试剂而是采用紫外光作为分解还原剂，银元素或者铜元素在材料表面负载均匀，对含有各种阴离子的溶液中及各类酸碱水体中碘离子高吸附容量，操作环境温和，复合材料的再生性能好。

【技术实现步骤摘要】
一种离子筛吸附材料及其制备方法和在提取水体中碘元素的应用
本专利技术属于水体净化
，更加具体地说，涉及一种离子筛吸附材料及其制备方法及其在脱除水体中碘离子的应用。
技术介绍
从1811年药剂师库特瓦无意中发现紫色蒸气物质，到1813年德索尔姆和克莱芒确定碘元素以来，碘作为基础的化工原料在工业生产中被大量的应用，同时碘元素又作为人体甲状腺的主要成分，对人起到了举足轻重的作用，而放射性碘元素又可作新型核能源的重要原料，对核能的发展起到了推进作用。但是，地球上碘的含量并不高，其存在形式分为有机碘和无机碘，无机碘主要存在在海水、盐湖水及磷矿中；有机碘主要存在于海藻生物体内。20世纪70年代，美国专利采用将作业物质与固体处理剂或吸附剂（氧化铝、氧化铜和氧化铬组成）接触，然后再在400-500℃温度下加热，使碘汽化回收。随后对于碘的提取方法迅速发展。依据碘的存在形式不同，可以将碘的提取方法分为以海藻中碘为来源的灰化法、发酵法和浸出吸附法；以卤水中碘为来源的空气吹出法、离子交换法和活性炭吸附法；湿法磷酸中碘的浮选法回收；电解法；夜膜法；氧化法；吸附法等。但是由于海水及盐湖水中的杂质干扰离子复杂而且含量高，并且对于不同水体中酸碱性的不同，以上所涉及到的碘元素的提取方法均受到了一定的局限，尤其是在高酸环境中（如：磷酸中碘的去除，以及高放废液中碘的去除等），对提碘/脱碘材料提出了苛刻要求。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，提供一种离子筛吸附材料及其制备方法和在提取水体中碘元素的应用，利用紫外光引发材料表面的电子-空穴产生，从而实现材料表面的附着活性还原物质，从而代替化学还原剂，实现银元素对三维二氧化钛微球材料做表面修饰，从而制得一种具有高效选择性的、高吸附容量的提取/脱除水体中碘元素的离子筛吸附材料，其制备方法过程简单，材料再生性能好等优点。本专利技术的技术目的通过下述技术方案予以实现：一种离子筛吸附材料，以带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球为基体材料，以元素银或者铜进行表面修饰，即可。其中所述带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球采用文献所述方法进行制备（Thepreparationandcharacterizationofathree-dimensionaltitaniumdioxidenanostructurewithhighsurfacehydroxylgroupdensityandhighperformanceinwatertreatment.JingweiGuo,XiaojiaoCai,YuanLi,RuiguoZhai,ShiminZhou,PingNa.ChemicalEngineeringJournal221(2013)342–352.）其制备方法按照下述步骤进行：以带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球为基体材料，以元素银或者铜进行表面修饰步骤1，首先将带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球进行煅烧，选择在500—600℃煅烧1—3h，选用空气气氛或者惰性气氛，所述惰性气氛选择氮气、氦气或者氩气；步骤2，将煅烧后的三维二氧化钛微球在反应液体中分散均匀，其中所述反应液体为硝酸银水溶液或者硝酸铜水溶液，浓度为0.004—0.5g/L，优选0.04—0.3g/L，更加优选0.1—0.3g/L；分散的温度为30—50℃，时间为10—30min，选用超声进行分散；所述三维二氧化钛微球与反应液体的固液比为（3:10）—（5:1），优选（8:10）—（4:1）；所述固液比为三维二氧化钛微球的质量（g）与反应液体的体积（L）之比；步骤3，均匀分散有三维二氧化钛微球的反应液体在紫外光照射下进行元素银或者铜对三维二氧化钛微球的表面修饰，其中反应温度选择在30—50℃，并进行搅拌（选择磁力搅拌或者超声搅拌），所述反应时间为1—3h；所述紫外光光源选择设置在反应液体中，或者垂直设置在反应液体的上方距反应液体液面垂直距离8—20cm，紫外光照射功率选择300—400w。在经过上述步骤制备得到离子筛吸附材料后，采用去离子水多次洗涤，并于30—50℃真空干燥箱干燥12h，以备后续使用。其中按照文献所述方法制备带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球（Thepreparationandcharacterizationofathree-dimensionaltitaniumdioxidenanostructurewithhighsurfacehydroxylgroupdensityandhighperformanceinwatertreatment.JingweiGuo,XiaojiaoCai,YuanLi,RuiguoZhai,ShiminZhou,PingNa.ChemicalEngineeringJournal221(2013)342–352.）经扫描电镜的eds分析，可知在二氧化钛微球表面成功修饰元素银或者铜，如下表所示元素质量百分数（wt％）O46.92Ti51.24Ag1.84元素质量百分数（wt％）O46.82Ti51.24Cu1.94将上述制备的离子筛吸附材料投入水体中可实现对元素碘的提取。本专利技术的技术方案中，三维二氧化钛材料制备简单，银离子或者铜离子修饰过程无需添加其他化学试剂而是采用紫外光作为分解还原剂，银元素或者铜元素在材料表面负载均匀，对含有各种阴离子的溶液中及各类酸碱水体中碘离子高吸附容量（平均可达到207mg/g），操作环境温和，复合材料的再生性能好。同时三维二氧化钛载银或者铜离子筛吸附材料，既具有光催化吸附性能，又具有碘元素吸附强度大，能够提取微量碘元素，耐酸碱性好，抗干扰能力强，多次再生利用等的优良特性，可被用作海水、盐湖水、工业废水、磷酸、高放废液等复杂水体中碘元素的提取/脱除作业，具有十分重要的工业应用价值。附图说明图1是本专利技术的离子筛吸附材料的扫描电镜照片（日本日立公司，S-4800）。具体实施方式下面结合具体实施例进一步说明本专利技术的技术方案。依据文献（Thepreparationandcharacterizationofathree-dimensionaltitaniumdioxidenanostructurewithhighsurfacehydroxylgroupdensityandhighperformanceinwatertreatment.JingweiGuo,XiaojiaoCai,YuanLi,RuiguoZhai,ShiminZhou,PingNa.ChemicalEngineeringJournal221(2013)342–352）公开的方法进行带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球的制备，然后在500—600℃煅烧1—3h，选用空气气氛或者惰性气氛，作为基体材料。选用的超声清洗仪器：昆山市超声仪器有限公司，型号：KQ3200DE，，电源电压及频率：220V/50HZ，工作频率：40KHZ，超声功率可达120W；紫外光设备：北京电光源研究所，紫外灯：高压汞灯可达400W，光谱能量分布：365nm。原子吸收分光光度计：型号：Z-5300，日本日立公司。实施例1将400mg煅烧后的三维二氧化钛微球在1000mL反应液体中分散均匀，所述反应液体为硝酸银水溶液，浓度为0.04本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种离子筛吸附材料，其特征在于，以带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球为基体材料，以元素银或者铜进行表面修饰。

【技术特征摘要】
1.离子筛吸附材料在提取水体中碘元素的应用，其特征在于，所述离子筛吸附材料按照下述步骤进行：以带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球为基体材料，以元素银或者铜进行表面修饰；步骤1，首先将带有刺状表面结构的三维二氧化钛微球进行煅烧，选择在500-600℃煅烧1-3h，选用空气气氛或者惰性气氛；步骤2，将煅烧后的三维二氧化钛微球在反应液体中分散均匀，其中所述反应液体为硝酸银水溶液或者硝酸铜水溶液，浓度为0.004—0.5g/L；分散的温度为30—50℃，时间为10—30min，选用超声进行分散；所述三维二氧化钛微球与反应液体的固液比为(3：10)—(5：1)，所述固液比为三维二氧化钛微球的质量(g)与反应液体的体积(L)之比；步骤3，均匀分散有三维二氧化钛微球的反应液体在紫外光照射下进行元素银或者铜对三维二氧化钛微球的表面修饰，其中反应...

【专利技术属性】
技术研发人员：那平，张煜昌，蔡晓娇，王娜，周世民，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12