用于电吸附铷铯的复合电极材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种用于电吸附铷铯的复合电极材料，其包括多孔碳材料以及通过π‑π共轭作用键合在该多孔碳材料上的4‑丁基‑2(α‑甲苄基)酚。本发明专利技术还公开了上述复合电极材料的制备方法以及其在电吸附铷铯中的应用。本发明专利技术的复合电极材料一方面利用大比表面积的多孔碳材料与含铷和/或铯的溶液充分接触，克服了现有技术中一般利用4‑丁基‑2(α‑甲苄基)酚吸附时需要借助大量有机溶剂进行分散的问题，另一方面，大比表面积的多孔碳材料上键合的大量4‑丁基‑2(α‑甲苄基)酚可以高效且高选择性地吸附铷和/或铯，从而实现对铷和/或铯的高效富集与分离。同时，在本发明专利技术的应用中，通过施加反向电压的方式，为负载电极提供洗脱驱动力，可以减少腐蚀，降低成本，简化工艺。

【技术实现步骤摘要】
用于电吸附铷铯的复合电极材料及其制备方法和应用
本专利技术属于稀散元素分离
，具体来讲，涉及一种用于电吸附铷铯的复合电极材料及其制备方法、以及该电极材料在电吸附铷铯中的应用。
技术介绍
铷、铯作为碱族中原子量较大的元素，具有较不稳定、容易电离的外层电子，因此具有良好的光电效应，目前广泛应用在光电倍增管、摄像管、空心阴极灯、红外线滤光器等产品制造中。此外，铷、铯在能源、宇航、电子、军工等工业中均具有广阔的应用前景。因此，铷、铯在经济和国家战略上都拥有重要的意义。目前世界铷、铯及其化合物的需求量每年约为25吨，并且在不断增长。我国柴达木盆地拥有丰富的铷、铯资源，其储量居世界前列，根据《青海省柴达木盆地西部富钾硼锂碘油田水资源远景区评价》和《青海省柴达木盆地西部第三系富钾硼锂碘油田水资源评价》(青海省地质调查院)，柴达木盆地西部的油田水中铷、铯的平均含量分别为95.7mg/L、88.3mg/L，远高于工业开采品位，极具开发价值。由于卤水中铷铯属于浓度低的稀散元素，卤水中同时存在高含量的钾、钠等同族的阳离子强烈干扰铷、铯的分离与纯化，给铷、铯的分离提取带来较大的困难和挑战。目前可以利用的从溶液中分离提取铷、铯的方法主要有沉淀法、吸附法、溶剂萃取法和盐析法等。离子交换(吸附)法是分离提取铷、铯的重要手段，吸附剂主要有机树脂吸附剂和无机吸附剂两种。其中无机吸附剂具有机械强度高、热稳定性好、耐辐照等优点，对某些元素具有非常显著的选择性，但吸附容量一般不高，溶损较大，难以实际运用；而有机离子交换树脂易于加工成型，透水性好，易再生。但耐热性、抗辐射能力差，对高价金属离子交换势大，不太适用于从含有大量钙、镁、锶等高价离子的复杂卤水体系中提取铷、铯。目前国内外对铷、铯的分离提取进行过研究报道，但能实际生产的技术和工艺非常有限，主要是受两个因素制约：(a)缺乏对铷、铯具有吸附容量高和选择好的吸附剂或者工艺简单的萃取剂，尤其是缺乏适用于高盐卤水体系的优良吸附剂或萃取剂；(b)工艺过程一般都较复杂，所以针对特定体系研制性能优良的吸附剂或萃取剂。因此设计和制备性能优良吸附剂或萃取剂，优化分离提取工艺，是分离提取铷、铯的关键问题，也是国内外研究的发展趋势。
技术实现思路
为解决上述现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种用于电吸附铷铯的复合电极材料及其制备方法，该富恶化电极材料充分利用其中多孔碳材料的优良吸附性能和4-丁基-2(α-甲苄基)酚对铷铯的高选择性，能够在电吸附铷铯的过程中展现出高效的富集与分离效果。为了达到上述专利技术目的，本专利技术采用了如下的技术方案：一种用于电吸附铷铯的复合电极材料，包括多孔碳材料以及通过π-π共轭作用键合在所述多孔碳材料上的4-丁基-2(α-甲苄基)酚。进一步地，所述多孔碳材料包括还原态氧化石墨烯、活性炭、碳气凝胶、介孔碳以及碳纳米管中的至少一种。进一步地，所述多孔碳材料与所述4-丁基-2(α-甲苄基)酚的质量之比为10:1～100:1。本专利技术的另一目的在于提供一种如上任一所述的复合电极材料的制备方法，包括步骤：S1、将多孔碳材料前驱体分散于有机溶剂中，配制成悬浮液；S2、向所述悬浮液中添加4-丁基-2(α-甲苄基)酚中溶解，并于室温～100℃下强力搅拌2h～24h，获得产物混合体；S3、去除所述产物混合体中的有机溶剂后洗涤，获得复合电极材料。进一步地，所述多孔碳材料前驱体包括氧化石墨烯、活性炭、碳气凝胶、介孔碳以及碳纳米管中的至少一种。进一步地，所述多孔碳材料前驱体与所述4-丁基-2(α-甲苄基)酚的质量之比为10:1～100:1。进一步地，所述制备方法还包括步骤：S4、将所述复合电极材料分散于去离子水中，并向其中加入还原剂，于0℃～100℃下还原，并洗涤干燥。进一步地，所述还原剂为水合肼或硼氢化物。本专利技术的另一目的还在于提供一种如上任一所述的复合电极材料在吸附铷铯中的应用，包括步骤：Q1、将所述复合电极材料与粘合剂按照5～9.5:0.5～2的质量比混合并研磨，再将所得研磨物制成糊状物质涂覆于集流体上，压制获得吸附电极；Q2、将所述吸附电极置于含铷和/或铯的溶液中，施加0.5V～5V的电压，所述吸附电极特异性吸附铷和/或铯，获得负载电极。进一步地，在所述步骤Q1中，还包括将不超过5质量份的导电剂与所述复合电极材料及所述粘合剂混合并研磨。进一步地，所述导电剂选自乙炔黑、炭黑、石墨粉中的任意一种。进一步地，所述应用还包括步骤：Q3、将所述负载电极置于pH为1～7的酸溶液中，和/或置于0.5V～10V的反向电压下，所述负载电极上的铷和/或铯解吸附，获得铷和/或铯的溶液。本专利技术通过π-π共轭反应将4-丁基-2(α-甲苄基)酚键合在多孔碳材料的表面上，获得了复合电极材料，从而一方面利用大比表面积的多孔碳材料与含铷和/或铯的溶液充分接触，克服了现有技术中一般利用4-丁基-2(α-甲苄基)酚吸附时需要借助大量有机溶剂进行分散的问题，另一方面，大比表面积的多孔碳材料上键合的大量4-丁基-2(α-甲苄基)酚可以高效且高选择性地吸附铷和/或铯，从而实现对铷和/或铯的高效富集与分离。与此同时，本专利技术提供的复合电极材料在应用过程中，通过施加反向电压的方式，为负载电极提供洗脱驱动力，可以大大降低解脱附所用酸液的浓度甚至避免使用，减少腐蚀，降低成本，简化工艺。附图说明通过结合附图进行的以下描述，本专利技术的实施例的上述和其它方面、特点和优点将变得更加清楚，附图中：图1是根据本专利技术的复合电极材料的制备方法的步骤流程图；图2是根据本专利技术的实施例4的吸附电极吸附铷时RbCl水溶液的电导率随时间的变化图；图3是根据本专利技术的实施例5的负载电极解吸附铷时所得铷溶液的电导率随时间的变化图；图4是根据本专利技术的实施例6的吸附电极吸附铷时CsCl水溶液的电导率随时间的变化图；图5是根据本专利技术的实施例7的吸附电极选择性吸附铷时混合溶液中各离子浓度随时间的变化图。具体实施方式以下，将参照附图来详细描述本专利技术的实施例。然而，可以以许多不同的形式来实施本专利技术，并且本专利技术不应该被解释为限制于这里阐述的具体实施例。相反，提供这些实施例是为了解释本专利技术的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够理解本专利技术的各种实施例和适合于特定预期应用的各种修改。本专利技术针对现有技术中一般一种用于分离提取铷和/或铯时采用的吸附法或溶剂萃取法所具有的选择性与容量之间存在矛盾、以及洗脱或反萃等再生过程中普遍需要高浓度酸液造成设备腐蚀污染环境而限制工业化等问题，提出了一种采用电容吸附技术而电吸附铷和/或铯的分离方法。电容吸附技术，是一种以电化学双电层电容理论为基础的电容吸附分离技术；其利用电极板之间形成的静电场，水中的带电离子会强制的向带有相反电荷的电极处移动，达到溶液中离子与电极板充分接触与吸附的目的。电容吸附技术因为具有低能耗、无二次污染与成本低等优点，已经广泛应用于海水脱盐、废水重金属离子吸附等领域。具体来讲，在本专利技术中，首先提供了一种用于电吸附铷铯的复合电极材料，其包括多孔碳材料以及通过π-π共轭作用键合在多孔碳材料上的4-丁基-2(α-甲苄基)酚(以下简称t-BAMBP)。值得说明的是，本专利技术中所述多孔碳材料并非指传统意义上材料制备领域中的多孔材料，而是指还原态氧化石本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于电吸附铷铯的复合电极材料，其特征在于，包括多孔碳材料以及通过π‑π共轭作用键合在所述多孔碳材料上的4‑丁基‑2(α‑甲苄基)酚。

【技术特征摘要】
1.一种用于电吸附铷铯的复合电极材料，其特征在于，包括多孔碳材料以及通过π-π共轭作用键合在所述多孔碳材料上的4-丁基-2(α-甲苄基)酚。2.根据权利要求1所述的电极材料，其特征在于，所述多孔碳材料包括还原态氧化石墨烯、活性炭、碳气凝胶、介孔碳以及碳纳米管中的至少一种。3.根据权利要求1或2所述的电极材料，其特征在于，所述多孔碳材料与所述4-丁基-2(α-甲苄基)酚的质量之比为10:1～100:1。4.如权利要求1-3任一所述的复合电极材料的制备方法，其特征在于，包括步骤：S1、将多孔碳材料前驱体分散于有机溶剂中，配制成悬浮液；S2、向所述悬浮液中添加4-丁基-2(α-甲苄基)酚中溶解，并于室温～100℃下强力搅拌2h～24h，获得产物混合体；S3、去除所述产物混合体中的有机溶剂后洗涤，获得复合电极材料。5.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料前驱体包括氧化石墨烯、活性炭、碳气凝胶、介孔碳以及碳纳米管中的至少一种。6.根据权利要求4所述的制备方法，其特征在于，所述多孔碳材料前驱体与所述4-丁基-2(α-甲苄基)酚的质量之比为10:1～100:1。7.根据权利要求4-6任一所...

【专利技术属性】
技术研发人员：戈海文，王敏，王怀有，钟远，
申请(专利权)人：中国科学院青海盐湖研究所，
类型：发明
国别省市：青海,63