金属氧化物纳米材料制备方法、采用该纳米材料为模拟移动床固定相分离硼同位素的方法技术

本发明专利技术涉及金属氧化物纳米材料分离硼同位素的应用，具体涉及金属氧化物纳米材料制备方法、采用该金属氧化物纳米材料为模拟移动床固定相分离硼同位素的方法。采用九个金属氧化物纳米材料为模拟移动床固定相分离硼同位素的方法，包括如下步骤：首先配制浓度为1‑70g/L硼酸水溶液，用4‑40g/L氢氧化钠溶液调节硼酸溶液pH值为6‑12成为原液，再分别将原液和pH值为4‑6的醋酸水溶液分别用滤膜过滤，出去溶液中的杂质，超声脱气15‑30分钟；其次模拟移动床包括Ⅰ‑Ⅳ区，每个区由2‑8支色谱柱组成；将金属氧化物纳米粒子作为模拟移动床固定相；当模拟移动床达到平衡状态后，打开萃取端阀门收集富集的

METHOD FOR PREPARATION OF METAL OXIDE NANOMETER MATERIALS AND METHOD FOR SEPARATION OF BORON ISOTOPES USING THEIR NANOMETER MATERIALS AS SIMULATED MOVING BED STATIONARY PHASE

The present invention relates to the application of metal oxide nanomaterials in separating boron isotopes, in particular to the preparation method of metal oxide nanomaterials and the method of separating boron isotopes using the metal oxide nanomaterials as a simulated moving bed stationary phase. The method of separating boron isotopes using nine metal oxide nanomaterials as stationary phases in simulated moving bed includes the following steps: firstly, the boric acid solution with a concentration of 1_70g/L was prepared, the pH value of boric acid solution was adjusted to 6_12 by 4_40g/L sodium hydroxide solution, and then the acetic acid solution with a pH value of 4_6 was filtered with filters respectively, impurities in the solution were removed, and ultraviolet. Sound degassing for 15 to 30 minutes; secondly, the simulated moving bed consists of zone I to IV, each zone consisting of 2 to 8 columns; metal oxide nanoparticles are used as stationary phase of the simulated moving bed; when the simulated moving bed reaches equilibrium, the valve at the extraction end is opened to collect and enrich.

【技术实现步骤摘要】
金属氧化物纳米材料制备方法、采用该纳米材料为模拟移动床固定相分离硼同位素的方法
本专利技术涉及金属氧化物纳米材料分离硼同位素的应用，具体涉及一种金属氧化物纳米材料制备方法、采用该纳米材料为模拟移动床固定相分离硼同位素的方法。
技术介绍
硼有两种稳定的同位素10B和11B，其天然丰度分别为19.9％和80.1％。由于10B的热中子捕获截面积远大于11B和天然硼，因此高丰度的10B被广泛地应用于核工业中，主要用作反应堆控制棒和热中子屏蔽材料，其次在医学上10B还可以用于治疗神经胶质瘤和黑色素瘤。为了从天然硼中得到富集的10B，人们进行了许多研究工作，目前硼同位素分离工艺主要包括：化学交换精馏法、三氟化硼低温蒸馏法、激光分离法以及色谱法。其中化学交换精馏法存在设备投资大、能量消耗大，而且工艺中使用三氟化硼具有高腐蚀性并有剧毒等缺点；三氟化硼低温蒸馏法因能耗太高和成本太大已经淘汰；激光分离法对装置要求较高，生产效率低。色谱法是利用吸附剂对10B和11B选择性的不同而将两种同位素分离的方法，具有高效节能的特点，该方法用硼酸水溶液，安全性高，是一种极具潜力的同位素分离方法。目前主要有三类树脂用于色谱法分离硼同位素，分别是强碱性阴离子交换树脂，弱碱性阴离子交换树脂和硼特效树脂。Sonoda等对硼特效树脂IRA743进行了研究，测得的10B/11B分离因子为1.027，仍不能满足实际生产的需求。限制了色谱法在硼同位素分离领域的工业应用。因此寻找新型硼吸附剂用于硼同位素分离十分必要。
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，提供了一种利用金属氧化物纳米材料作为吸附剂分离硼同位素的方法。本专利技术的第一个技术方案是金属氧化物纳米材料Cu2O制备方法，包括以下步骤：(1)反应在2L的三口烧瓶中进行，将800mL，1.0mol·L-1的NaOH溶液和40mL，1.0mol·L-1的C6H12O6·H2O溶液，在50℃下加入到电动搅拌的200mL、20wt％的CuSO4·5H2O溶液中；(2)溶液中有蓝色絮状物，油浴升温至70℃，蓝色絮状物消失，体系中有砖红色或砖黄色的颗粒析出，将所得产物过滤；(3)用热蒸馏水和无水乙醇洗涤滤饼数3～4次；(4)将所得样品在60℃真空干燥2h，得粉末状Cu2O样品。本专利技术的第二个技术方案是金属氧化物纳米材料CuO制备方法，包括以下步骤：(1)将0.5molCu(NO3)2·3H2O溶于1000mL的无水乙醇中,磁力搅拌使其溶解,制得Cu(NO3)2的乙醇溶液；(2)该溶液在搅拌下,缓慢滴加浓氨水,控制pH值在9左右,使其完全反应生成Cu(OH)2溶胶；(3)将Cu(OH)2溶胶转移至高压反应釜中,程序升温至250℃,压力控制为7.5MPa,保温保压30min后缓慢放气,后通保护气N2自然冷却至室温,制得黑色蓬松的纳米级CuO超细粉末。本专利技术的第三个技术方案是金属氧化物纳米材料ZnO制备方法，包括以下步骤：(1)将6gZn(NO3)2·6H2O溶解于50ml去离子水中,在搅拌下先后缓慢滴入配制好的4g/L的氢氧化钠和pH＝10碳酸钠的水溶液至pH为9，生成产物为Zn2(OH)2CO3；(2)抽滤洗涤,70℃左右烘干,研末过筛,再投入马弗炉中煅烧,即得纳米氧化锌；(3)采用的煅烧温度为500℃煅烧时间为1h。本专利技术的第四个技术方案是金属氧化物纳米材料Al2O3制备方法，包括以下步骤：(1)异丙醇铝306g溶于450mL异丙醇中,制成醇铝相；(2)54g去离子水中加入5～10mL硝酸和300mL异丙醇制成水相；(3)将醇铝相和水相同时滴加到盛有300mL异丙醇的反应容器中,边搅拌边滴加,使异丙醇铝发生水解反应；(4)反应温度控制在60～80℃，加料结束后,继续搅拌30min,使之形成凝胶；(5)将凝胶干燥形成水合氧化铝,然后将水合氧化铝在300℃热处理工艺条件下进行煅烧处理,最后得到纳米氧化铝粉体。本专利技术的第五个技术方案是金属氧化物纳米材料MnO2制备方法，包括以下步骤：(1)将MnSO4·H2O(3.4g)和K2S2O8(5.4g)按摩尔比为1∶1的计量比,分别溶于500mL的去离子水中；(2)将K2S2O8溶液滴加到MnSO4溶液中形成均相溶液,加入浓硫酸调节溶液的pH至2值；(3)回流晶化22h,反应完成后,将所得棕黑色沉淀抽滤,用去离子水和无水乙醇反复洗涤,以除去杂质离子；(4)将所得产物在真空干燥箱中110℃真空干燥5h,研磨后得到棕黑色的粉末MnO2产物。本专利技术的第六个技术方案是金属氧化物纳米材料TiO2制备方法，，包括以下步骤：(1)取容量为10mL的小量筒1只,将其放进干燥箱彻底干燥后(因为TiCl4极易水解)取出；(2)量取2mL的无水TiCl4，把量筒内的无水TiCl4倒入已经清洗干净、并且已经干燥过的高压反应釜的内衬中，反应温度为120℃,时间为5h；(3)样品自然冷却后,用蒸馏水和无水乙醇冷却,得到TiO2粒子。本专利技术的第七个技术方案是金属氧化物纳米材料Cr2O3制备方法，包括以下步骤：(1)焙烧容器中加入重铬酸钠二水物119.2g,水35mL,加热使其溶解；(2)慢慢加入硫酸铵57g或氯化铵47g,边搅动边浓缩,使钠盐析出,趁热过滤,滤渣加入上一批粗产物的第一次洗涤水洗涤重结晶；(3)用新鲜水进行第二次重结晶,得到副产品硫酸钠或氯化钠。(4)将热滤得到的母液冷却,静置结晶,过滤,滤液返回用来溶解重铬酸钠,分离出的晶体重铬酸铵进行热分解,得三氧化二铬粗产品；(5)用重铬酸钠质量3～4倍的水,分2～3次浸洗粗产品(用氯化铵还原的样品洗涤水可少些,为重铬酸钠样品质量的2～3倍),再放入高温电阻炉中于1150℃下焙烧30min,得产品三氧化二铬。本专利技术的第八个技术方案是金属氧化物纳米材料CeO2制备方法，包括以下步骤：(1)称取2.3g油酸钠，1.1gCe(NO3)3·6H2O分别溶于10mL和5mL水中，将油酸钠和Ce(NO3)3·6H2O水溶液转入三口烧瓶中，加入25mL环己烷，40℃下搅拌30min；(2)油相水相澄清，生成油溶性的油酸铈，并分散在环己烧中，且油酸铈的浓度为0.1mol/L；(3)滴加10mL氢氧化钠溶液，40℃下连续搅拌10h；(4)将混合液转入聚四氟乙烯内衬的不锈钢高压水热釜中，在180℃下保温24h,待水热釜冷却至室温，分离得到油相；(5)加入无水乙醇得到大量的沉淀，离心分离得到沉淀，去离子水和无水乙醇分别洗涤三次，于烘箱内50℃干燥12h得到材料。本专利技术的第九个技术方案是金属氧化物纳米材料ZrO2制备方法，包括以下步骤：(1)向70mL水中加入0.01mol/LCTA10mL,加热煮沸,缓慢地滴加0.005mol/L硝酸锆溶液20mL,得到乳白色胶体；(2)冷却后,用10％NH3水及1％NH3水小心地调节溶胶的pH为4.0；(3)将溶胶蒸发至总体积约为30mL,转入40mL瓷坩埚中,在100～105℃蒸干；(4)将坩埚转入马弗炉中,在500℃灼烧4h,冷却,收集产品,细研成微粉。本专利技术还包括检测分离因子和吸附量：九种金属氧化物纳米材料0.1g加入到20mL、0.5mol/L硼酸氢氧化钠水溶液中pH＝7，50～200rpm震荡0.5～24小时本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.金属氧化物纳米材料Cu2O制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)反应在2L的三口烧瓶中进行，将800mL，1.0mol·L‑1的NaOH溶液和40mL，1.0mol·L‑1的C6H12O6·H2O溶液，在一定初始温度下加入到电动搅拌的200mL、20wt％的CuSO4·5H2O溶液中；(2)溶液中有蓝色絮状物，油浴升温至70℃，蓝色絮状物消失，体系中有砖红色或砖黄色的颗粒析出，将所得产物过滤；(3)用热蒸馏水和无水乙醇洗涤滤饼数3～4次；(4)将所得样品在60℃真空干燥2h，得粉末状Cu2O样品。

【技术特征摘要】
1.金属氧化物纳米材料Cu2O制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)反应在2L的三口烧瓶中进行，将800mL，1.0mol·L-1的NaOH溶液和40mL，1.0mol·L-1的C6H12O6·H2O溶液，在一定初始温度下加入到电动搅拌的200mL、20wt％的CuSO4·5H2O溶液中；(2)溶液中有蓝色絮状物，油浴升温至70℃，蓝色絮状物消失，体系中有砖红色或砖黄色的颗粒析出，将所得产物过滤；(3)用热蒸馏水和无水乙醇洗涤滤饼数3～4次；(4)将所得样品在60℃真空干燥2h，得粉末状Cu2O样品。2.金属氧化物纳米材料CuO制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将0.5molCu(NO3)2·3H2O溶于1000mL的无水乙醇中,磁力搅拌使其溶解,制得Cu(NO3)2的乙醇溶液；(2)该溶液在搅拌下,缓慢滴加浓氨水,控制pH值在9左右,使其完全反应生成Cu(OH)2溶胶；(3)将Cu(OH)2溶胶转移至高压反应釜中,程序升温至250℃,压力控制为7.5MPa,保温保压一段时间后缓慢放气,后通保护气N2自然冷却至室温,制得黑色蓬松的纳米级CuO超细粉末。3.金属氧化物纳米材料ZnO制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将6gZn(NO3)2·6H2O溶解于50ml去离子水中,在搅拌下先后缓慢滴入配制好的4g/L的氢氧化钠和pH＝10碳酸钠的水溶液至pH为9，生成产物为Zn2(OH)2CO3；(2)抽滤洗涤,70℃左右烘干,研末过筛,再投入马弗炉中煅烧,即得纳米氧化锌；(3)采用的煅烧温度为500℃煅烧时间为1h。4.金属氧化物纳米材料Al2O3制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)异丙醇铝306g溶于450mL异丙醇中,制成醇铝相；(2)54g去离子水中加入5～10mL硝酸和300mL异丙醇制成水相；(3)将醇铝相和水相同时滴加到盛有300mL异丙醇的反应容器中,边搅拌边滴加,使异丙醇铝发生水解反应；(4)反应温度控制在60～80℃，加料结束后,继续搅拌30min,使之形成凝胶；(5)将凝胶干燥形成水合氧化铝,然后将水合氧化铝在300℃热处理工艺条件下进行煅烧处理,最后得到纳米氧化铝粉体。5.金属氧化物纳米材料MnO2制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)将MnSO4·H2O3.4g和K2S2O85.4g按摩尔比为1∶1的计量比,分别溶于500mL的去离子水中；(2)将K2S2O8溶液滴加到MnSO4溶液中形成均相溶液,加入浓硫酸调节溶液的pH至2值；(3)回流晶化22h,反应完成后,将所得棕黑色沉淀抽滤,用去离子水和无水乙醇反复洗涤,以除去杂质离子；(4)将所得产物在真空干燥箱中110℃真空干燥5h,研磨后得到棕黑色的粉末MnO2产物。6.金属氧化物纳米材料TiO2制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)取容量为10mL的小量筒1只,将其放进干燥箱彻底干燥后取出；(2)量取2mL的无水TiCl4，把量筒内的无水TiCl4倒入已经清洗干净、并且已经干燥过的高压反应釜的内衬中，反应温度为120℃,时间为5h；(3)样品自然冷却后,用蒸馏水和无水乙醇冷却,得到TiO2粒子。7.金属氧化物纳米材料Cr2O3制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)焙烧容器中加入重铬酸钠二水物119.2g,水35mL,加热使其溶解；(2)慢慢加入硫酸铵57g或氯化铵47g,边搅动边浓缩,使钠盐析出,趁热过滤,滤渣加入上一批粗产物的第一次洗涤水洗涤重结晶；(3...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭翔海，陈涛，白鹏，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津,12