CN118878160B - 一种吸附海水中铀酰离子的方法 - Google Patents
一种吸附海水中铀酰离子的方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN118878160B CN118878160B CN202411364412.3A CN202411364412A CN118878160B CN 118878160 B CN118878160 B CN 118878160B CN 202411364412 A CN202411364412 A CN 202411364412A CN 118878160 B CN118878160 B CN 118878160B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- solution
- seawater
- area
- adsorption
- buffer
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
- 239000013535 sea water Substances 0.000 title claims abstract description 93
- -1 uranyl ions Chemical class 0.000 title claims abstract description 43
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 238000001179 sorption measurement Methods 0.000 claims abstract description 86
- 239000012528 membrane Substances 0.000 claims abstract description 42
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 37
- WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N dioxouranium(2+) Chemical compound O=[U+2]=O WYICGPHECJFCBA-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 36
- 239000000872 buffer Substances 0.000 claims abstract description 34
- 238000005341 cation exchange Methods 0.000 claims abstract description 25
- 239000003011 anion exchange membrane Substances 0.000 claims abstract description 22
- 239000007853 buffer solution Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 46
- HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M Sodium hydroxide Chemical compound [OH-].[Na+] HEMHJVSKTPXQMS-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 30
- 239000011259 mixed solution Substances 0.000 claims description 30
- 238000002156 mixing Methods 0.000 claims description 30
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 19
- MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N Oxalic acid Chemical compound OC(=O)C(O)=O MUBZPKHOEPUJKR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 238000003756 stirring Methods 0.000 claims description 18
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 16
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 16
- 238000005406 washing Methods 0.000 claims description 16
- 229920001661 Chitosan Polymers 0.000 claims description 15
- BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N Tetraethyl orthosilicate Chemical compound CCO[Si](OCC)(OCC)OCC BOTDANWDWHJENH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N Ethanol Chemical compound CCO LFQSCWFLJHTTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 11
- 239000002131 composite material Substances 0.000 claims description 11
- HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N Chloroform Chemical compound ClC(Cl)Cl HEDRZPFGACZZDS-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N Isopropanol Chemical compound CC(C)O KFZMGEQAYNKOFK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000011521 glass Substances 0.000 claims description 10
- 229910000166 zirconium phosphate Inorganic materials 0.000 claims description 10
- LEHFSLREWWMLPU-UHFFFAOYSA-B zirconium(4+);tetraphosphate Chemical compound [Zr+4].[Zr+4].[Zr+4].[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O.[O-]P([O-])([O-])=O LEHFSLREWWMLPU-UHFFFAOYSA-B 0.000 claims description 10
- 239000004721 Polyphenylene oxide Substances 0.000 claims description 9
- 229920006380 polyphenylene oxide Polymers 0.000 claims description 9
- 238000002791 soaking Methods 0.000 claims description 8
- VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N beta-monoglyceryl stearate Natural products CCCCCCCCCCCCCCCCCC(=O)OCC(O)CO VBICKXHEKHSIBG-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 229910052625 palygorskite Inorganic materials 0.000 claims description 7
- 239000004576 sand Substances 0.000 claims description 7
- FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J sodium diphosphate Chemical compound [Na+].[Na+].[Na+].[Na+].[O-]P([O-])(=O)OP([O-])([O-])=O FQENQNTWSFEDLI-UHFFFAOYSA-J 0.000 claims description 7
- 229940048086 sodium pyrophosphate Drugs 0.000 claims description 7
- 235000019818 tetrasodium diphosphate Nutrition 0.000 claims description 7
- 239000001577 tetrasodium phosphonato phosphate Substances 0.000 claims description 7
- KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N (E)-cinnamaldehyde Chemical compound O=C\C=C\C1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-QPJJXVBHSA-N 0.000 claims description 6
- 229940117916 cinnamic aldehyde Drugs 0.000 claims description 6
- KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N cinnamic aldehyde Natural products O=CC=CC1=CC=CC=C1 KJPRLNWUNMBNBZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 235000006408 oxalic acid Nutrition 0.000 claims description 6
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims description 5
- IWZKICVEHNUQTL-UHFFFAOYSA-M potassium hydrogen phthalate Chemical compound [K+].OC(=O)C1=CC=CC=C1C([O-])=O IWZKICVEHNUQTL-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims description 5
- 238000005956 quaternization reaction Methods 0.000 claims description 5
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 5
- 230000007480 spreading Effects 0.000 claims description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N sulfuric acid Substances OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- BJAARRARQJZURR-UHFFFAOYSA-N trimethylazanium;hydroxide Chemical compound O.CN(C)C BJAARRARQJZURR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 claims description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 2
- 238000001223 reverse osmosis Methods 0.000 abstract description 10
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 20
- 229910052770 Uranium Inorganic materials 0.000 description 12
- JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N uranium(0) Chemical compound [U] JFALSRSLKYAFGM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 12
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 10
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 10
- 238000002354 inductively-coupled plasma atomic emission spectroscopy Methods 0.000 description 9
- 235000019441 ethanol Nutrition 0.000 description 7
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 7
- 239000013522 chelant Substances 0.000 description 6
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 6
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 5
- 230000008569 process Effects 0.000 description 5
- 230000003373 anti-fouling effect Effects 0.000 description 4
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 4
- 239000011859 microparticle Substances 0.000 description 4
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 4
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 3
- 238000011033 desalting Methods 0.000 description 3
- 238000009616 inductively coupled plasma Methods 0.000 description 3
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 3
- 239000004593 Epoxy Substances 0.000 description 2
- 239000003463 adsorbent Substances 0.000 description 2
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000005342 ion exchange Methods 0.000 description 2
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 2
- 238000005065 mining Methods 0.000 description 2
- 238000005086 pumping Methods 0.000 description 2
- NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 1,2-bis(ethenyl)benzene;1-ethenyl-2-ethylbenzene;styrene Chemical compound C=CC1=CC=CC=C1.CCC1=CC=CC=C1C=C.C=CC1=CC=CC=C1C=C NWUYHJFMYQTDRP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 1
- 230000008859 change Effects 0.000 description 1
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 1
- 230000002860 competitive effect Effects 0.000 description 1
- 238000007796 conventional method Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000003014 ion exchange membrane Substances 0.000 description 1
- 239000003456 ion exchange resin Substances 0.000 description 1
- 229920003303 ion-exchange polymer Polymers 0.000 description 1
- 229910021645 metal ion Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000000149 penetrating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011148 porous material Substances 0.000 description 1
- 230000001376 precipitating effect Effects 0.000 description 1
- 125000002924 primary amino group Chemical group [H]N([H])* 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 1
- 239000012085 test solution Substances 0.000 description 1
- DSERHVOICOPXEJ-UHFFFAOYSA-L uranyl carbonate Chemical compound [U+2].[O-]C([O-])=O DSERHVOICOPXEJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 125000005289 uranyl group Chemical group 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F9/00—Multistage treatment of water, waste water or sewage
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
- C22B60/0252—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B60/00—Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
- C22B60/02—Obtaining thorium, uranium, or other actinides
- C22B60/0204—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium
- C22B60/0217—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes
- C22B60/0252—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries
- C22B60/0265—Obtaining thorium, uranium, or other actinides obtaining uranium by wet processes treatment or purification of solutions or of liquors or of slurries extraction by solid resins
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C22—METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
- C22B—PRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
- C22B7/00—Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
- C22B7/006—Wet processes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/001—Processes for the treatment of water whereby the filtration technique is of importance
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/28—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption
- C02F1/288—Treatment of water, waste water, or sewage by sorption using composite sorbents, e.g. coated, impregnated, multi-layered
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F1/00—Treatment of water, waste water, or sewage
- C02F1/44—Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C02—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F—TREATMENT OF WATER, WASTE WATER, SEWAGE, OR SLUDGE
- C02F2103/00—Nature of the water, waste water, sewage or sludge to be treated
- C02F2103/08—Seawater, e.g. for desalination
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A20/00—Water conservation; Efficient water supply; Efficient water use
- Y02A20/124—Water desalination
- Y02A20/131—Reverse-osmosis
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Geology (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Water Supply & Treatment (AREA)
- Separation Using Semi-Permeable Membranes (AREA)
Abstract
本发明属于铀酰离子处理技术领域，具体涉及一种吸附海水中铀酰离子的方法，本发明采用交换体系吸附海水中铀酰离子；交换体系包括依次设置的海水区、缓冲区和吸附区；海水区与缓冲区之间通过阴离子交换膜分隔，缓冲区与吸附区之间通过阳离子交换膜分隔；吸附区与海水区通过反渗透泵连接；缓冲区中包括缓冲液；吸附区中包括铀酰离子吸附材料。本发明由阴阳离子交换膜、缓冲区、吸附区等部分组成交换体系，各部分协同作用，使得交换体系吸附性能优异，吸附效率强，且组装简单，方便操作。
Description
技术领域
本发明属于铀酰离子处理技术领域，具体涉及一种吸附海水中铀酰离子的方法。
背景技术
海水中蕴藏着丰富的铀资源，总量巨大，远远超过陆地铀矿储量。相比传统的地下铀矿开采，海水提铀避免了大规模的开采工作，对环境破坏较小；因此，从海水中提取铀的方法也层出不穷。海水中提取铀的方法主要包括膜分离法、离子交换法、吸附法等。
离子交换法选择性好，吸附容量大，但离子交换树脂造价相对较高且树脂化学稳定性差，在使用过程中需要注意防护。
膜分离法能够高效地分离和富集海水中的铀酰离子，提高回收率，且分离过程相对快速；但随着分离过程的持续，膜两侧溶液的浓度差逐渐减小，容易导致效率降低。
吸附法因提取率高、操作简单、吸附材料种类多成为目前研究最多的方法之一。如公告号为CN116196900B的中国专利公开了一种防污型海水提铀材料的制备方法，该专利依次制备环氧基改性基材、氨基改性基材、单层聚酰胺-胺改性基体、多层聚酰胺-胺改性基体（循环1次~4次）、CP-PAMAM2-6-FI，最终得AO/CP-PAMAM2-6-FI（防污型海水提铀材料），所得防污型海水提铀材料的吸附量为常规海水提铀纤维的1-2倍，同时具有防污性能。但该方法反应步骤多，制备方法相对复杂。
因此，开发选择性高、成本低的吸附海水中铀酰离子的方法显得尤为重要。
发明内容
现有的从海水中吸附铀酰离子的方法存在选择性低、成本较高等问题；为了解决该问题，本发明提供一种吸附海水中铀酰离子的方法。
为了实现本发明的目的，本发明采用以下技术方案：
本发明提供一种吸附海水中铀酰离子的方法，采用交换体系吸附海水中铀酰离子；所述交换体系包括依次设置的海水区、缓冲区和吸附区；所述海水区与所述缓冲区之间通过阴离子交换膜分隔，所述缓冲区与所述吸附区之间通过阳离子交换膜分隔；所述吸附区与所述海水区通过反渗透泵连接；
所述缓冲区中包括缓冲液；所述吸附区中包括铀酰离子吸附材料。
优选地，所述缓冲液的制备方法如下：
将邻苯二甲酸氢钾水溶液与盐酸水溶液混合，不断搅拌得缓冲液。
优选地，所述缓冲液pH为5-6，所述搅拌时间为20-30min。
优选地，所述铀酰离子吸附材料的制备方法如下：
将磷酸锆与氢氧化钠溶液混合均匀得A液；向A液中加入水，调节pH为6-7得B液；向B液中缓慢加入正硅酸乙酯，于45-50℃反应30-50min，加入辅助成分于35-40℃下混合均匀，得铀酰离子吸附材料；
其中，以质量比计，A液：水=1：5-10；以质量比计，B液：正硅酸乙酯=1：50-100。
优选地，所述辅助成分包括如下成分，以质量份计：
焦磷酸钠0.05-0.08份、肉桂醛0.001-0.003份、草酸0.002-0.004份、烷基酚聚氧乙烯醚0.001-0.002份。
优选地，所述辅助成分总质量占所述磷酸锆质量的2%-3.2%。
优选地，所述阳离子交换膜的制备方法如下：
将磺化壳聚糖与2.5%-3%PVA水溶液按照质量比1：20-35混合均匀得混合液，向混合液中加入45-60质量份的正硅酸乙酯，于45-50℃搅拌，25-30min后将其铺展，在玻璃板上流延，室温下干燥3-4h，醇洗后得阳离子交换膜。
优选地，所述磺化壳聚糖是以浓硫酸为磺化剂，异丙醇为溶剂，对壳聚糖进行磺化处理制得。
优选地，所述阴离子交换膜的制备方法如下：
将溴代聚苯醚与氯仿于45-50℃按照质量比1：100-500混合均匀，再加入坡缕石和硬脂酸单甘油酯混合均匀得混合液，将混合液抽真空后倒入干净的玻璃皿中，常温固化，待膜定形后水洗、干燥得到复合膜；
将复合膜浸泡在三甲胺水溶液中8-10h用于季胺化处理，然后转移至氢氧化钠水溶液中继续浸泡2-3h，水洗、干燥后得阴离子交换膜；
其中，所述坡缕石质量为所述溴代聚苯醚质量的2%-4%，所述硬脂酸单甘油酯质量为所述溴代聚苯醚质量的0.3%-0.4%。
优选地，所述海水区设置有砂滤网，所述吸附区底部设置有高目数滤网，所述高目数滤网为500-600目滤网。
具体地：交换体系依靠反渗透泵压力驱动，海水经砂滤网过滤，去除固体微颗粒杂质，然后在压力驱动下通过阴离子交换膜，系统运行压力2.3-3.5Mpa，过滤孔径为1-3nm；经阴离子交换膜后进入缓冲区，缓冲区溶液pH维持在5.0-6.5，在天然海水中，铀酰离子通常以碳酸铀酰UO2(CO3)3 4−形式存在，UO2(CO3)3 4−在缓冲区中脱去配体，保留UO2 2+，见反应方程式（1）；含UO2 2+的海水在压力差驱动下经过缓冲液仍可保持0.5-1.2Mpa的过滤压力通过阳离子交换膜，阳离子交换膜孔径为2-5nm，经两次交换膜处理的海水到达吸附区（铀酰离子吸附材料）中，其中的铀酰离子被吸附，与铀酰离子吸附材料反应形成螯合产物，见反应方程式（2）；被吸附铀酰离子过后的海水，经过高目数滤网过滤，海水经过反渗透泵，抽吸功率为7KW-25KW，回流到海水区，完成循环过程。
（1）
（2）
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
（1）本发明通过交换体系将海水中杂离子通过两层离子交换膜阻隔，而铀酰离子可以通过膜到达吸附区中，磷酸锆分散在吸附区内，与透过膜的铀酰离子有较大的接触面积，磷酸锆可以与铀酰离子结合形成络合产物达到吸附效果，改善传统磷酸锆基吸附材料对铀酰离子选择性不强的问题；
（2）本发明吸附区中的辅助成分焦磷酸钠可与铀酰阳离子进一步形成螯合体，螯合结构中紧密的环氧结构对铀酰阳离子起到屏蔽作用，与弱极性有机小分子肉桂醛及草酸共同作用，实现对吸附区中铀酰离子的屏蔽效果，进而降低吸附区中铀酰富集对浓度差驱动能力的影响，有效改善吸附效率随膜两侧浓度差变化而降低的问题，降低能耗；
（3）本发明由阴阳离子交换膜、缓冲区、吸附区等部分组成交换体系，各部分协同作用，使得交换体系吸附性能优异，吸附效率强，且组装简单，方便操作。
附图说明
图1为本发明交换体系示意图；其中，A为海水区，B为缓冲区，C为吸附区，D为反渗透泵；
图2为本发明测试例1中铀酰离子吸附材料对各离子的竞争吸附图。
具体实施方式
下面参考本发明的若干代表性实施方式及附图，详细阐释本发明的技术方案。
下述实施例中所使用的实验方法如无特殊说明，均为常规方法。下述实施例中所用的材料、试剂等，如无特殊说明，均可从商业途径得到。
一种吸附海水中铀酰离子的方法，采用交换体系吸附海水中铀酰离子；交换体系见图1；所述交换体系包括依次设置的海水区、缓冲区和吸附区；所述海水区与所述缓冲区之间通过阴离子交换膜分隔，所述缓冲区与所述吸附区之间通过阳离子交换膜分隔；所述吸附区与所述海水区通过反渗透泵连接；所述海水区设置有砂滤网，所述吸附区底部设置有高目数滤网。
所述缓冲区中包括缓冲液；所述吸附区中包括铀酰离子吸附材料。
实施例1
（1）制备缓冲液
将0.2mol/L邻苯二甲酸氢钾水溶液与0.2mol/L盐酸水溶液混合，调至pH为5，不断搅拌得缓冲液；
（2）制备铀酰离子吸附材料
将2.85g磷酸锆晶体与25mL0.75mol/L的NaOH水溶液混合均匀得A液；向A液中加入10倍质量份的水，调节pH为7得B液；向B液中缓慢加入70倍质量份的正硅酸乙酯，于45℃不断搅拌50min，加入0.05g焦磷酸钠、0.002g肉桂醛、0.003g草酸、0.002g烷基酚聚氧乙烯醚于37℃下混合均匀，得铀酰离子吸附材料；
（3）制备所述阳离子交换膜
将1.5g壳聚糖融入22.5g异丙醇中溶解，再缓慢加入5mL75%浓硫酸，冰盐浴搅拌3h，用无水乙醇析出产物，经离心分离后醇洗2次加水溶解，调节pH，再脱盐浓缩，于65℃干燥7h，得磺化壳聚糖；
将磺化壳聚糖与质量分数2.5%PVA水溶液按照质量比1：20混合均匀得混合液，向混合液中加入60质量份的正硅酸乙酯，于48℃搅拌，25min后将其铺展，在玻璃板上流延，室温下干燥3h，膜厚0.35mm，醇洗后得阳离子交换膜；
（4）所述阴离子交换膜的制备方法如下：
将0.59g溴代聚苯醚与59g氯仿于50℃混合均匀，再加入0.0118g坡缕石和0.0023g硬脂酸单甘油酯混合均匀得混合液，将混合液抽真空后倒入干净的玻璃皿中，常温固化，膜厚0.3mm，待膜定形后水洗，于50℃下干燥12h得到复合膜；
将复合膜浸泡在浓度为35%的三甲胺水溶液中8h用于季胺化处理，然后转移至1mol/L氢氧化钠水溶液中继续浸泡3h，水洗、干燥后得阴离子交换膜。
（5）交换体系
交换体系依靠反渗透泵压力驱动，海水经砂滤网过滤，去除固体微颗粒杂质，然后在压力驱动下通过阴离子交换膜，系统运行压力2.3Mpa，过滤孔径为2nm；经阴离子交换膜后进入缓冲区，缓冲区溶液pH维持在5.5，UO2(CO3)3 4−在缓冲区中脱去配体，保留UO2 2+；含UO2 2+的海水在压力差驱动下保持1Mpa的过滤压力通过阳离子交换膜，阳离子交换膜孔径为2nm，经两次交换膜处理的海水到达吸附区（铀酰离子吸附材料）中，其中的铀酰离子被吸附，与铀酰离子吸附材料反应形成螯合产物；被吸附铀酰离子过后的海水，经过550目滤网过滤，海水经过反渗透泵，抽吸功率为7KW，回流到海水区，完成循环过程。
实施例2
（1）制备缓冲液
将0.2mol/L邻苯二甲酸氢钾水溶液与0.2mol/L盐酸水溶液混合，调至pH为5.6，不断搅拌得缓冲液；
（2）制备铀酰离子吸附材料
将2.85g磷酸锆晶体与25mL0.75mol/L的NaOH水溶液混合均匀得A液；向A液中加入8倍质量份的水，调节pH为6得B液；向B液中缓慢加入50倍质量份的正硅酸乙酯，于48℃不断搅拌30min，加入0.08g焦磷酸钠、0.003g肉桂醛、0.004g草酸、0.001g烷基酚聚氧乙烯醚于35℃下混合均匀，得铀酰离子吸附材料；
（3）制备所述阳离子交换膜
将1.5g壳聚糖融入37.5g异丙醇中溶解，再缓慢加入5mL75%浓硫酸，冰盐浴搅拌3h，用无水乙醇析出产物，经离心分离后醇洗2次加水溶解，调节pH，再脱盐浓缩，于70℃干燥8h，得磺化壳聚糖；
将磺化壳聚糖与质量分数3%PVA水溶液按照质量比1：35混合均匀得混合液，向混合液中加入50质量份的正硅酸乙酯，于45℃搅拌，30min后将其铺展，在玻璃板上流延，室温下干燥4h，膜厚0.33mm，醇洗后得阳离子交换膜；
（4）所述阴离子交换膜的制备方法如下：
将0.59g溴代聚苯醚与177g氯仿于45℃混合均匀，再加入0.0177g坡缕石和0.0018g硬脂酸单甘油酯混合均匀得混合液，将混合液抽真空后倒入干净的玻璃皿中，常温固化，膜厚0.2mm，待膜定形后水洗，于60℃下干燥12h得到复合膜；
将复合膜浸泡在浓度为35%的三甲胺水溶液中10h用于季胺化处理，然后转移至1mol/L氢氧化钠水溶液中继续浸泡2h，水洗、干燥后得阴离子交换膜。
（5）交换体系
交换体系依靠反渗透泵压力驱动，海水经砂滤网过滤，去除固体微颗粒杂质，然后在压力驱动下通过阴离子交换膜，系统运行压力3.5Mpa，过滤孔径为1nm；经阴离子交换膜后进入缓冲区，缓冲区溶液pH维持在6.5，UO2(CO3)3 4−在缓冲区中脱去配体，保留UO2 2+；含UO2 2+的海水在压力差驱动下保持0.5Mpa的过滤压力通过阳离子交换膜，阳离子交换膜孔径为3nm，经两次交换膜处理的海水到达吸附区（铀酰离子吸附材料）中，其中的铀酰离子被吸附，与铀酰离子吸附材料反应形成螯合产物；被吸附铀酰离子过后的海水，经过600目滤网过滤，海水经过反渗透泵，抽吸功率为25KW，回流到海水区，完成循环过程。
实施例3
（1）制备缓冲液
将0.2mol/L邻苯二甲酸氢钾水溶液与0.2mol/L盐酸水溶液混合，调至pH为6，不断搅拌得缓冲液；
（2）制备铀酰离子吸附材料
将2.85g磷酸锆晶体与25mL0.75mol/L的NaOH水溶液混合均匀得A液；向A液中加入5倍质量份的水，调节pH为6得B液；向B液中缓慢加入100倍质量份的正硅酸乙酯，于50℃不断搅拌40min，加入0.07g焦磷酸钠、0.001g肉桂醛、0.002g草酸、0.001g烷基酚聚氧乙烯醚于35℃下混合均匀，得铀酰离子吸附材料；
（3）制备所述阳离子交换膜
将1.5g壳聚糖融入30g异丙醇中溶解，再缓慢加入5mL75%浓硫酸，冰盐浴搅拌3h，用无水乙醇析出产物，经离心分离后醇洗2次加水溶解，调节pH，再脱盐浓缩，于70℃干燥7h，得磺化壳聚糖；
将磺化壳聚糖与质量分数3%PVA水溶液按照质量比1：25混合均匀得混合液，向混合液中加入45质量份的正硅酸乙酯，于50℃搅拌，25min后将其铺展，在玻璃板上流延，室温下干燥3.5h，膜厚0.3mm，醇洗后得阳离子交换膜；
（4）所述阴离子交换膜的制备方法如下：
将0.59g溴代聚苯醚与295g氯仿于50℃混合均匀，再加入0.0236g坡缕石和0.0023g硬脂酸单甘油酯混合均匀得混合液，将混合液抽真空后倒入干净的玻璃皿中，常温固化，膜厚0.35mm，待膜定形后水洗，于65℃下干燥12h得到复合膜；
将复合膜浸泡在浓度为35%的三甲胺水溶液中10h用于季胺化处理，然后转移至1mol/L氢氧化钠水溶液中继续浸泡3h，水洗、干燥后得阴离子交换膜。
（5）交换体系
交换体系依靠反渗透泵压力驱动，海水经砂滤网过滤，去除固体微颗粒杂质，然后在压力驱动下通过阴离子交换膜，系统运行压力3Mpa，过滤孔径为3nm；经阴离子交换膜后进入缓冲区，缓冲区溶液pH维持在6，UO2(CO3)3 4−在缓冲区中脱去配体，保留UO2 2+；含UO2 2+的海水在压力差驱动下保持1.2Mpa的过滤压力通过阳离子交换膜，阳离子交换膜孔径为5nm，经两次交换膜处理的海水到达吸附区（铀酰离子吸附材料）中，其中的铀酰离子被吸附，与铀酰离子吸附材料反应形成螯合产物；被吸附铀酰离子过后的海水，经过500目滤网过滤，海水经过反渗透泵，抽吸功率为15KW，回流到海水区，完成循环过程。
以实施例1所制备的材料以及交换体系为例进行模拟海水实验测试
在各种离子（U、V、Co、Fe、Ni、Mn、Zn、Cu）加标的海水中考察了交换体系对铀的吸附容量，其中铀和其他金属离子的浓度约为天然海水中离子浓度实际值的100倍，具体见表1。
通过ICP-OES电感耦合等离子体光学发射光谱仪测定t时间内铀酰离子和其它离子的浓度，其吸附能力和去除率计算公式如下：
；
；
其中，Qt表示t时间内提取离子的量，mg/g；C0表示初始的离子浓度，mg/L；Ct表示在t时刻离子的浓度，mg/L；V表示测试海水的体积，L；m表示吸附剂的质量，g；R表示t时间内离子去除率，%。
表1 海水中离子浓度
测试例1
通过ICP-OES电感耦合等离子体光学发射光谱仪测定经过只铀酰离子吸附材料吸附前后铀酰离子和其它离子的浓度，结果见表2。
具体：1L海水，48h，30mg铀酰离子吸附材料，海水初始温度25±2℃、初始pH值8.3±0.2。
表2 离子浓度
由表1可知，铀酰离子吸附材料的对铀酰离子吸附量为9.36mg/g，有一定的选择性，但V等离子仍然会干扰铀酰离子的吸附，铀酰离子吸附材料对各种离子的竞争吸附图见图2。
测试例2
通过ICP-OES电感耦合等离子体光学发射光谱仪测定经过交换体系（不加入铀酰离子吸附材料）前后铀酰离子和其它离子的浓度；取初始海水区和最终吸附区流向海水区的溶液作为吸附前后的离子浓度的测试溶液，下同；结果见表3。
具体：1L海水，海水初始温度25±2℃、初始pH值8.3±0.2。
表3 离子浓度
由表3可知，交换体系中阴阳离子交换膜以及缓冲液的存在使得其它离子被阻挡在吸附区外，一定程度上减少其它离子对铀酰离子的干扰。
测试例3
通过ICP-OES电感耦合等离子体光学发射光谱仪测定经过交换体系吸附前后铀酰离子和其它离子的浓度，结果见表4。
具体：1L海水，循环48h，30mg铀酰离子吸附材料，海水初始温度25±2℃、初始pH值8.3±0.2。
表4 离子浓度
实验结果表明在循环48h后，交换体系对铀酰离子吸附量为10.83mg/g。
测试例4
通过ICP-OES电感耦合等离子体光学发射光谱仪测定经过交换体系吸附前后铀酰离子浓度，结果见表5。
表5 铀酰离子吸附量
测试例5
通过ICP-OES电感耦合等离子体光学发射光谱仪测定经过测试例5（测试例5与实施例1的区别在于铀酰离子吸附材料中不含辅助成分，其它皆同实施例1）制备的交换体系前后铀酰离子的浓度，结果见表6。
具体：1L海水，循环48h，30mg铀酰离子吸附材料（不含辅助成分），海水初始温度25±2℃、初始pH值8.3±0.2。
表6 铀酰离子吸附量
由表6可知，辅助成分的存在使得单位时间通过膜的铀酰离子更多。提高吸附区内铀酰离子吸附量。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换，均落入本发明的保护范围。
Claims (5)
1.一种吸附海水中铀酰离子的方法，其特征在于，采用交换体系吸附海水中铀酰离子；所述交换体系包括依次设置的海水区、缓冲区和吸附区；所述海水区与所述缓冲区之间通过阴离子交换膜分隔，所述缓冲区与所述吸附区之间通过阳离子交换膜分隔；所述吸附区与所述海水区通过反渗透泵连接；
所述缓冲区中包括缓冲液；所述吸附区中包括铀酰离子吸附材料；
所述缓冲液的制备方法如下：
将邻苯二甲酸氢钾水溶液与盐酸水溶液混合，不断搅拌得缓冲液；
所述缓冲液pH为5-6，搅拌时间为20-30min；
所述铀酰离子吸附材料的制备方法如下：
将磷酸锆与氢氧化钠溶液混合均匀得A液；向A液中加入水，调节pH为6-7得B液；向B液中缓慢加入正硅酸乙酯，于45-50℃反应30-50min，加入辅助成分于35-40℃下混合均匀，得铀酰离子吸附材料；
其中，以质量比计，A液：水=1：5-10；以质量比计，B液：正硅酸乙酯=1：50-100；
所述辅助成分包括如下成分，以质量份计：
焦磷酸钠0.05-0.08份、肉桂醛0.001-0.003份、草酸0.002-0.004份、烷基酚聚氧乙烯醚0.001-0.002份；
所述辅助成分总质量占所述磷酸锆质量的2%-3.2%。
2.根据权利要求1所述的吸附海水中铀酰离子的方法，其特征在于，所述阳离子交换膜的制备方法如下：
将磺化壳聚糖与质量分数为2.5%-3%的PVA水溶液按照质量比1：20-35混合均匀得混合液，向混合液中加入45-60质量份的正硅酸乙酯，于45-50℃搅拌，25-30min后将其铺展，在玻璃板上流延，室温下干燥3-4h，醇洗后得阳离子交换膜。
3.根据权利要求2所述的吸附海水中铀酰离子的方法，其特征在于，所述磺化壳聚糖是以浓硫酸为磺化剂，异丙醇为溶剂，对壳聚糖进行磺化处理制得。
4.根据权利要求1所述的吸附海水中铀酰离子的方法，其特征在于，所述阴离子交换膜的制备方法如下：
将溴代聚苯醚与氯仿于45-50℃按照质量比1：100-500混合均匀，再加入坡缕石和硬脂酸单甘油酯混合均匀得混合液，将混合液抽真空后倒入干净的玻璃皿中，常温固化，待膜定形后水洗、干燥得到复合膜；
将复合膜浸泡在三甲胺水溶液中8-10h用于季胺化处理，然后转移至氢氧化钠水溶液中继续浸泡2-3h，水洗、干燥后得阴离子交换膜；
其中，所述坡缕石质量为所述溴代聚苯醚质量的2%-4%，所述硬脂酸单甘油酯质量为所述溴代聚苯醚质量的0.3%-0.4%。
5.根据权利要求1所述的吸附海水中铀酰离子的方法，其特征在于，所述海水区设置有砂滤网，所述吸附区底部设置有高目数滤网，所述高目数滤网为500-600目滤网。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411364412.3A CN118878160B (zh) | 2024-09-29 | 2024-09-29 | 一种吸附海水中铀酰离子的方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202411364412.3A CN118878160B (zh) | 2024-09-29 | 2024-09-29 | 一种吸附海水中铀酰离子的方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN118878160A CN118878160A (zh) | 2024-11-01 |
| CN118878160B true CN118878160B (zh) | 2024-12-10 |
Family
ID=93236205
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202411364412.3A Active CN118878160B (zh) | 2024-09-29 | 2024-09-29 | 一种吸附海水中铀酰离子的方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN118878160B (zh) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4423008A (en) * | 1979-10-01 | 1983-12-27 | Mobil Oil Corporation | Direct acid elution of anionic exchange resins for recovery of uranium |
| CN117383666A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-01-12 | 南华大学 | 一种流动电极及其应用和再生方法、利用流动电极电容去离子装置富集含铀水体中铀的方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP4119966B2 (ja) * | 2000-07-13 | 2008-07-16 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | 金属捕集材からの金属の溶離回収及び溶離液の再生方法 |
| CN108654580A (zh) * | 2018-05-22 | 2018-10-16 | 南京理工大学 | 一种有序介孔磷酸锆材料、制备方法及其在废水中的应用 |
| CN113387413A (zh) * | 2021-05-19 | 2021-09-14 | 中核四0四有限公司 | 一种用于硝酸和碳酸混合体系下含铀废水处理的离子交换方法 |
-
2024
- 2024-09-29 CN CN202411364412.3A patent/CN118878160B/zh active Active
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4423008A (en) * | 1979-10-01 | 1983-12-27 | Mobil Oil Corporation | Direct acid elution of anionic exchange resins for recovery of uranium |
| CN117383666A (zh) * | 2023-11-28 | 2024-01-12 | 南华大学 | 一种流动电极及其应用和再生方法、利用流动电极电容去离子装置富集含铀水体中铀的方法 |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 碱性季铵化阴离子交换膜的制备及其性能研究;刘春静;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 工程科技I辑》;20160815(第08期);第28-30、34-35、37页第3.2、3.3.3、3.4节 * |
| 磺化CS/PVA交联阳离子交换膜的制备与表征;郝建文等;《塑料》;20180218;第47卷(第01期);第32-35页第0、1.1、1.3、2.5、3节 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN118878160A (zh) | 2024-11-01 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN106186002B (zh) | 一种电池级碳酸锂的制备方法 | |
| CN112661321A (zh) | 一种基于膜分离的盐湖提锂系统与方法 | |
| CN207375760U (zh) | 一种从高镁锂比盐湖卤水中提锂的装置 | |
| CN108218038A (zh) | 一种树脂吸脱附-扩散渗析处理含重金属废水的方法 | |
| EP0228782A1 (en) | Scrubbing process for high feed concentrations | |
| CN109355502B (zh) | 一种从酸性体系中萃取锂离子的方法 | |
| CN118084270B (zh) | 一种碳酸盐型盐湖提锂同步分离杂质硼和硅的方法 | |
| CN108298570B (zh) | 吸附法卤水提锂淋洗液中除镁的方法 | |
| CN118878160B (zh) | 一种吸附海水中铀酰离子的方法 | |
| CN214060200U (zh) | 一种基于膜分离的盐湖提锂系统 | |
| CN110106356B (zh) | 一种粉末型钛系离子交换剂分离盐湖卤水中锂的方法 | |
| CN119351784B (zh) | 一种采用吸附工艺直接从含锂卤水中提锂的方法 | |
| KR20250015963A (ko) | 리튬 함유 용액으로부터 리튬을 회수하는 방법 및 시스템 | |
| CN218637035U (zh) | 一种盐湖吸附解析合格液浓缩除杂装置 | |
| CN116332214B (zh) | 一种电池级氢氧化锂和镁基功能材料的制备方法 | |
| AU2017420270A1 (en) | Method for recovering scandium from red mud from alumina production | |
| CN105502733A (zh) | 一种协同去除及选择性回收废水中重金属阳离子和非金属阴离子的方法 | |
| CN115924940A (zh) | 一种硫酸钠亚型碱性盐湖提锂方法 | |
| KR102721162B1 (ko) | 리튬 추출 공정에서의 추출제 회수 방법 | |
| CN116354378B (zh) | 一种联产磷酸锂和镁基功能材料的方法 | |
| CN114057319B (zh) | 含钼废水中分离回收微量钼元素的方法 | |
| CN218320804U (zh) | 一种沉锂母液的综合利用系统 | |
| CN111892120B (zh) | 一种同步深度去除生化尾水中微量氨氮与磷酸盐的方法 | |
| CN120350248B (zh) | 一种资源节约型盐湖卤水萃取提锂的方法及系统 | |
| CN116354358B (zh) | 一种电池级磷酸二氢锂和硼酸的制备方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |