離子吸附劑技術(shù)在銫離子吸附提取中的應(yīng)用和研究進(jìn)展

李生芳

（青海柴達(dá)木職業(yè)技術(shù)學(xué)院，青海德令哈 817000）

銫屬于周期表第IA主族，因其熔點(diǎn)低，高度的柔軟性和可塑性，獨(dú)特的光電效應(yīng)而廣泛應(yīng)用于電子器件、特種玻璃、催化劑、生物工程、醫(yī)藥以及其他特殊領(lǐng)域。我國(guó)的鋰云母和鹽湖鹵水中含有大量的銫資源，占總儲(chǔ)量的90%左右。尤其是青海、西藏地區(qū)的含銫鹽湖鹵水是提取銫的優(yōu)質(zhì)資源[1]。

目前，從鹽湖鹵水中提取銫離子的方法有萃取法、沉淀法和離子交換法[2]。其中，溶劑萃取法需要銫濃度較高的料液，操作煩瑣，需要進(jìn)行多次萃取和反萃取，萃取劑流失量大，環(huán)境污染嚴(yán)重[3]。鹽湖鹵水中銫含量很低，因此采用沉淀法提取不夠經(jīng)濟(jì)，而離子交換法對(duì)低濃度溶液具有較好的分離和富集效果，污染小，操作簡(jiǎn)單，可連續(xù)操作，易實(shí)現(xiàn)工業(yè)化，可有效從鹵水中分離提取銫[4]。

離子交換法廣泛應(yīng)用于液相體系中銫的分離提取。常見的交換吸附劑可分為無機(jī)離子吸附劑和離子印跡聚合物，其中離子印跡聚合物具有較高的吸附選擇性。本文主要就這兩類吸附交換材料在銫提取中的研究進(jìn)展進(jìn)行論述。

1 離子交換劑

常見的離子交換劑有沸石、多價(jià)金屬酸性鹽、雜多酸、鐵氰化物或亞鐵氰化物、硅鈦化合物等，它們具有較大的孔體積和比表面積，且由于其孔徑與銫離子直徑相匹配，銫離子可與某些+1價(jià)陽離子發(fā)生離子交換，從而被吸附于吸附劑上而富集。

1.1 合成沸石

研究發(fā)現(xiàn)，合成鈉云母、層狀錳的氧化物對(duì)銫的吸附性能比膨潤(rùn)土、蒙脫石要好，但經(jīng)濟(jì)成本較高[5-6]。然而合成沸石對(duì)銫有良好的吸附性能。EL-KAMASH[7]研究了A沸石分子篩對(duì)銫的吸附性能，結(jié)果表明，在25 ℃，pH=6條件下，吸附3 h即可達(dá)到平衡，最大吸附量為207.47 mg/g。SUN等[8]以天然礦泥為起始原料，合成了AMP/MCM-41沸石分子篩，并研究了其對(duì)銫的吸附性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在25 ℃條件下，7～12 h可達(dá)到吸附平衡，平衡吸附量為73.9 mg/g。

1.2 多價(jià)金屬酸性鹽

WU等[9]制備了鎢酸銨-海藻酸鈣微囊，研究其對(duì)銫的吸附行為。結(jié)果發(fā)現(xiàn)最大吸附量為0.34 mmol/g，對(duì)高放廢液中銫的去除率可達(dá)99.4%。文獻(xiàn)[10]報(bào)道了靜電磷鉬酸銨/聚丙烯腈納米纖維對(duì)銫的吸附性能研究，結(jié)果表明，在25 ℃，pH=5條件下，5 h即可達(dá)到吸附平衡，最大吸附量為52.2 mg/g。經(jīng)5次吸附—解吸后，吸附劑對(duì)銫仍有很大的吸附性（損失率僅為9%），可實(shí)現(xiàn)循環(huán)使用。

1.3 雜多酸

張惠源等[11]合成了6種焦磷雜多酸鹽，對(duì)銫的吸附性能良好，中性條件下的銫離子交換容量可達(dá)1.5～3.0 mmol/g干交換劑。此后，王學(xué)思等[12]采用溶膠-凝膠法合成了焦磷鋯鈦化合物，該吸附劑的吸附容量隨銫離子濃度的增大而增大，最大吸附量可達(dá)1.4 mmol/g；在不同酸度下，其對(duì)銫離子的吸附能力幾乎保持不變，且競(jìng)爭(zhēng)性離子對(duì)銫離子的吸附過程影響很小，可用于復(fù)雜離子溶液體系。

1.4 亞鐵氰化物

張佳鑫等[13]以四氯化鈦、亞鐵氰化鉀為原料，合成了一種球形吸附劑。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在含銫離子濃度為5 mg/L的模擬低放廢液中，吸附平衡的時(shí)間為6～8 h，靜態(tài)吸附容量為0.048 mmol/g。杜志輝等[14]將聚丙烯腈作為基體，將對(duì)銫選擇性較高的亞鐵氰化鉀鈷和亞鐵氰化鉀鈦?zhàn)鳛榛钚猿煞郑瞥蓮?fù)合球形吸附劑，二者對(duì)銫離子的飽和吸附量分別可達(dá)128.37 mg/g、278.55 mg/g。

1.5 硅鈦化合物

鈦硅酸鹽含有的孔道與銫離子的幾何參數(shù)相匹配，因此其對(duì)銫具有很好的吸附性，是在中性及堿性環(huán)境中選擇性吸附銫的優(yōu)良材料[15]。LI等[16]以鈦酸鉀硅酸為吸附活性成分，海藻酸鈣為載體，成功合成出復(fù)合球型吸附劑，并研究了該吸附劑對(duì)溶液及模擬鹵水中銫的吸附性能。結(jié)果表明，在pH=3～12，吸附平衡時(shí)間為24 h時(shí)，吸附劑對(duì)銫的吸附量為1.47 mmol/g。杜曉燕等[17]用水熱合成法合成了鈦硅酸鈉無機(jī)離子交換材料。在30 ℃，22 h后基本達(dá)到平衡，1 mol/L的H+環(huán)境下，鈦硅酸鈉對(duì)銫離子的靜態(tài)飽和吸附容量為1.74 mmol/g。張繼榮等[18]采用水熱法合成出一種新型的結(jié)晶水合鈦硅酸鹽，在pH=3時(shí)，其對(duì)銫離子的最大交換量可達(dá)1.6 mmol/g。黃玉婷等[19]用活化后的三鈦酸鈉晶須考察了對(duì)銫的吸附行為。結(jié)果表明，在pH=5.0時(shí)，銫離子的最大飽和吸附容量為39.9 mg/g。

2 離子印跡聚合物

采用無機(jī)吸附劑/交換劑時(shí)，鹽湖鹵水中銫與其他金屬離子（如鈉、鉀、鋰和鎂等）共存，增加了提取的難度，無機(jī)離子吸附劑對(duì)銫的選擇性不高，對(duì)其他金屬離子也有一定的吸附作用。離子印跡聚合物的出現(xiàn)提高了吸附的選擇性，引起了廣泛研究[5]。

離子印跡技術(shù)是分子印跡技術(shù)的分支，是以陰、陽離子為模板離子（目標(biāo)離子），通過靜電、配位、螯合等作用與功能單體相互作用，交聯(lián)聚合后去除模板離子便獲得了具有特定基團(tuán)排列、固定空穴大小和形狀的印跡聚合物，形成的孔穴對(duì)目標(biāo)離子具有特異選擇性。離子印跡技術(shù)越來越多地被應(yīng)用于金屬離子的分離、富集[20]。

ZHANG等[21]采用表面印跡技術(shù)，合成了以銫離子為模板離子，以三鈦酸鈉為載體的銫離子印跡聚合物，并將其用于選擇性吸附溶液中的銫。在pH=6，接觸時(shí)間為2 h時(shí)，該聚合物對(duì)銫離子的最大吸附容量為32.88 mg/g。競(jìng)爭(zhēng)性吸附實(shí)驗(yàn)表明，該吸附劑對(duì)銫離子具有很好的選擇性。同時(shí)，該離子印跡聚合物可多次循環(huán)使用。

MENG等[22]以銫離子為模板劑，SBA-15為載體，采用表面印跡技術(shù)合成了銫離子印跡聚合物。在25 ℃，pH=6條件下，最大吸附量為54.54 mg/g，是非印跡聚合物（不含模板劑，其他相同）吸附量的2倍，能有效去除溶液中的銫離子，回收率為92%。

3 結(jié)語

無機(jī)離子吸附劑因其分子孔徑與銫離子直徑相匹配發(fā)生離子交換，從而進(jìn)行銫的吸附分離。但在實(shí)際應(yīng)用中，存在與銫離子直徑相差不大的離子導(dǎo)致吸附劑對(duì)銫離子的吸附量減少的現(xiàn)象。離子印跡聚合物因其對(duì)模板離子獨(dú)特的記憶識(shí)別性能而對(duì)銫具有良好的吸附選擇性能，有望得到更廣泛的使用。