铪基吸附材料及其制备方法、去除核废液中钍离子的方法技术

技术编号：43987590 阅读：9 留言：0更新日期：2025-01-10 20:09

本公开提供了一种铪基吸附材料及其制备方法、去除核废液中钍离子的方法。所述铪基吸附材料包括以铪离子为金属中心并且以鞣花酸为有机配体的MOF，其中在CuKα辐射下的所述MOF的X射线衍射图中，在5°<2θ<20°范围内具有4个衍射峰在5.0°±0.3°、8.6°±0.3°、13.2°±0.3°、17.2°±0.3°处的四个峰。本公开的铪基吸附材料在低pH值条件下对钍离子具有改进的吸附容量。

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【技术实现步骤摘要】

本申请涉及放射性废液处理，尤其涉及一种铪基吸附材料、其制备方法以及去除核废液中钍离子的方法。

技术介绍

1、核能作为一种低碳清洁能源，被许多国家作为解决能源短缺问题的首选途径。在核燃料循环过程中，从铀矿的开采、冶炼、燃料元件生产制造、应用及乏燃料后处理的整个过程中的各个环节均会产生污染程度不同的放射性废水。在核设施运行的一回路及乏燃料后处理过程中，会产生大量含有放射性钍(th(ⅳ))离子的废液。th(ⅳ)具放射性、致癌性和毒性，对环境和生物会造成严重的、不可逆转的伤害，需要重点去除。此外，th(ⅳ)是潜在的核能资源，很可能替代日渐匮乏的铀资源成为未来核反应堆的主要燃料。因此，从高放废液或其他含th(ⅳ)废水中分离th(ⅳ)，不仅可以减少th(ⅳ)对环境造成的污染，而且还可以回收利用这种宝贵的核能资源。

2、相关技术中，含th(ⅳ)核废水的主要处理方法有化学沉淀法、离子交换法、吸附法、液-液萃取法等。在吸附法中，相比于其他常规吸附剂，金属有机框架(mof)材料由于具有孔隙率高且孔道大小可调、比表面积高、有特殊的金属中心、热稳定性能好、易于功能化等优点，使这类材料成为放射性核素吸附的潜力材料。但现有的mof材料在吸附th(ⅳ)的容量上还有明显不足。

3、因此，有必要提供一种改进的吸附材料。

技术实现思路

1、有鉴于此，本公开的主要目的在于提供一种铪基吸附材料及其制备方法、去除核废液中钍离子的方法。所述铪基吸附材料在低ph值条件下对钍离子有改进的吸附性能。

2、本公开的第一方面提供一种铪基吸附材料，包括以铪离子为金属中心并且以鞣花酸为有机配体的mof，其中在cukα辐射下的所述mof的x射线衍射图中，在5°<2θ<20°范围内具有衍射峰在5.0°±0.3°、8.6°±0.3°、13.2°±0.3°、17.2°±0.3°处的四个峰。本申请的铪基吸附材料是一种mof材料，能够在低ph值条件下对钍离子有改进的吸附性能。

3、本公开的第二方面提供一种吸附材料的制备方法，包括：将铪盐、鞣花酸、有机溶剂、水与乙酸混合，以形成前驱液；以及将所述前驱液加热进行反应，得到铪基吸附材料。该制备方法的步骤简单污染小，成本较低，制得的mof材料由于兼具高原子序数金属中心的铪金属团簇与多含氧官能团的有机配体鞣花酸，因此能够在低ph值条件下对钍离子有改进的吸附性能。

4、根据本公开的一种实施方式，所述鞣花酸与所述铪盐中铪元素的摩尔比为(1～3):1。由此，更有利于提高形成的材料的结晶度，形成优化的晶体结构。优选地，所述鞣花酸与所述铪盐中铪元素的摩尔比为(1.9～2.1):1。

5、根据本公开的一种实施方式，在所述前驱液中，所述鞣花酸的浓度为0.02mol/l～0.05mol/l。由此，有利于提高化学反应的效率。优选地，在所述前驱液中，所述鞣花酸的浓度为0.035mol/l～0.045mol/l。

6、根据本公开的一种实施方式，在所述前驱液中，所述乙酸的浓度为4mol/l～8mol/l。由此，有利于催化该化学反应，能形成优化的晶体结构能。优选地，在所述前驱液中，所述乙酸的浓度为5mol/l～7mol/l。

7、根据本公开的一种实施方式，所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚砜、乙腈、甲醇中的一种或多种。由此，有利于形成优化的晶体结构。优选地，所述有机溶剂为n,n-二甲基甲酰胺。

8、根据本公开的一种实施方式，在所述前驱液中，所述有机溶剂与所述水的体积比为(1～3):1。这有利于使溶液体系的极性达到促进材料生成的范围。优选地，在所述前驱液中，所述有机溶剂与所述水的体积比为(1.5～2.5):1。

9、根据本公开的一种实施方式，所述金属铪盐选自二氯氧化铪及其水合物、四氯化铪中的一种或多种。优选地，所述金属铪盐选自二氯氧化铪的n水合物，n为1至8的整数。

10、根据本公开的一种实施方式，所述反应的温度为130℃～180℃。这有利于提高反应效率。优选地，所述反应的温度为140℃～150℃。

11、根据本公开的一种实施方式，所述反应的时间为6h～10h。这有利于提高反应效率。优选地，所述反应的时间为7h～9h。

12、根据本公开的一种实施方式，所述混合包括超声的步骤。这有利于形成均匀前驱液。

13、本公开的第二方面提供一种去除核废液中钍离子的方法，包括：通过使用上述的铪基吸附材料或根据上述的制备方法得到的铪基吸附材料，吸附所述核废液中的钍离子，并除去吸附了钍离子的吸附材料。

14、根据本公开的一种实施方式，所述核废液的ph为1～3。

15、根据本公开的一种实施方式，所述核废液的中的钍离子的浓度为15mg/l～300mg/l。由此，有利于实现良好的吸附钍离子的效果。

16、本公开的制备方法得到铪基吸附材料是一种mof材料。在该金属-有机框架结构中，鞣花酸结构中的含氧官能团能作为钍离子的吸附位点，而作为金属中心的铪是高原子序数的金属，作用于鞣花酸，进一步增强了该mof结构对钍离子的静电作用，从而能够在低ph值条件下对钍离子有改进的吸附性能。

17、除了上面所描述的本公开解决的技术问题、构成技术方案的技术特征以及由这些技术方案的技术特征所带来的有益效果外，本公开所能解决的其他技术问题、技术方案中包含的其他技术特征以及这些技术特征带来的有益效果，将在下面的具体实施方式中做出进一步详细的说明。

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【技术保护点】

1.一种铪基吸附材料，包括以铪离子为金属中心并且以鞣花酸为有机配体的MOF，其中在CuKα辐射下的所述MOF的X射线衍射图中，在5°<2θ<20°范围内具有4个衍射峰在5.0°±0.3°、8.6°±0.3°、13.2°±0.3°、17.2°±0.3°处的四个峰。

2.一种铪基吸附材料的制备方法，包括：

3.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述鞣花酸与所述铪盐中铪元素的摩尔比为(1～3):1；优选地，所述鞣花酸与所述铪盐中铪元素的摩尔比为(1.9～2.1):1。

4.根据权利要求2述的制备方法，其中，在所述前驱液中，所述鞣花酸的浓度为0.02mol/L～0.05mol/L；优选地，在所述前驱液中，所述鞣花酸的浓度为0.035mol/L～0.045mol/L。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在所述前驱液中，所述乙酸的浓度为4mol/L～8mol/L；优选地，在所述前驱液中，所述乙酸的浓度为5mol/L～7mol/L。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述有机溶剂选自N,N-二甲基甲酰胺、二甲

7.根据权利要求2述的制备方法，其中，所述金属铪盐选自二氯氧化铪及其水合物、四氯化铪中的一种或多种；优选地，所述金属铪盐选自二氯氧化铪的n水合物，n为1至8的整数。

8.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述反应的温度为130℃～180℃；优选地，所述反应的温度为140℃～150℃；优选地，所述反应的时间为6h～10h；优选地，所述反应的时间为7h～9h；优选地，所述混合包括超声的步骤。

9.一种去除核废液中钍离子的方法，包括：通过使用根据权利要求1所述的铪基吸附材料或根据权利要求2至8中任一项所述的制备方法得到的铪基吸附材料，吸附所述核废液中的钍离子，并除去吸附了钍离子的吸附材料。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述核废液的pH为1～3；优选地，所述核废液的中钍离子的浓度为15mg/L～300mg/L。

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【技术特征摘要】

1.一种铪基吸附材料，包括以铪离子为金属中心并且以鞣花酸为有机配体的mof，其中在cukα辐射下的所述mof的x射线衍射图中，在5°<2θ<20°范围内具有4个衍射峰在5.0°±0.3°、8.6°±0.3°、13.2°±0.3°、17.2°±0.3°处的四个峰。

2.一种铪基吸附材料的制备方法，包括：

4.根据权利要求2述的制备方法，其中，在所述前驱液中，所述鞣花酸的浓度为0.02mol/l～0.05mol/l；优选地，在所述前驱液中，所述鞣花酸的浓度为0.035mol/l～0.045mol/l。

5.根据权利要求2所述的制备方法，其中，在所述前驱液中，所述乙酸的浓度为4mol/l～8mol/l；优选地，在所述前驱液中，所述乙酸的浓度为5mol/l～7mol/l。

6.根据权利要求2所述的制备方法，其中，所述有机溶剂选自n,n-二甲基甲酰胺、二甲亚...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁晓帆，肖松涛，赵晶，兰天，
申请(专利权)人：中国原子能科学研究院，
类型：发明
国别省市：

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