磷钨酸铵—海藻酸钙复合吸附剂的制备及其铷钾分离性能研究

摘要

铷作为稀有碱金属可用于制备特种玻璃，光电倍增管，热电转换器，有机催化剂以及抗抑郁药等。铷没有独立的矿物，常和其它碱金属共存于锂云母、铯榴石、锂铯榴石、天然光卤石及地下卤水中。尤其是在卤水中，铷与大量的钠、钾等碱金属离子共存。卤水中铷分离提取技术的关键及难题是铷与大量的物理化学性质非常接近的钾的分离。
　　本文以海藻酸钙(CaALG)为载体，对铷有良好选择性的磷钨酸铵(AWP)为活性成分，采用溶胶凝胶法制备了球形复合吸附剂AWP-CaALG。经XRD、红外光谱和TG-DTG-DTA测试，表明吸附剂中AWP的晶体结构保存完好，复合吸附剂在120℃环境下仍保持良好的热稳定性。在Rb+浓度为875.45mg/L的溶液中，测得吸附剂静态吸附容量为20.64mgRb/g。通过静态吸附实验考察了吸附剂用量、吸附时间、pH值、温度、Rb+浓度和K+浓度对吸附效果的影响。结果表明，Rb+的吸附率随着吸附剂用量的增加而增加，而相应的吸附容量降低;吸附时间为24小时基本达到吸附平衡;溶液介质pH值为中性时，吸附率最高;随着温度的升高，吸附率下降;溶液中Rb+浓度的提高有助于提高吸附容量;当溶液中CK+=163.8mg/L， CRb+=10mg/L，即CK+∶CRb+=16∶1时，Rb+的吸附率仍可以达到94.1％，铷钾分离系数可达86。
　　为提高AWP-CaALG复合吸附剂的吸附容量及其机械性能，实验考察优化了吸附剂制备物料配比，CaCl2浓度，陈化时间及干燥温度等工艺条件对吸附剂吸附容量的影响。优化AWP-CaALG复合吸附剂的制备条件为:海藻酸钠与磷钨酸铵质量比为1∶2，氯化钙浓度为0.5mol/L，室温陈化24h，干燥温度为105℃。该吸附剂在Rb+浓度为1.0g/L的溶液中，吸附容量可达43mg/g。
　　采用Langmuir等温吸附模型、Freundlich等温吸附模型对实验数据进行处理，计算了吸附过程的自由能变(△G)，熵变(△S)，焓变(△H)，结果表明:AWP-CaALG吸附Rb+的过程可以用Freundlich等温吸附模型描述。该过程是个自发过程，且为放热反应，因此低温利于吸附，升温利于解析;采用拟一级反应动力学模型、拟二级反应动力学模型和动边界模型对实验数据进行拟合，结果表明:AWP-CaALG吸附Rb+的过程符合拟二级动力学模型，该过程受化学反应控制。
　　动态吸附实验考察吸附剂的重复性能、流速、高径比、洗脱液浓度及两柱串联操作等吸附工艺条件对铷钾分离效果的影响，结果表明:在优化的动态吸附条件（流速=2.06BV/h，高径比=6.66）下，对CRb+=1.0g/L，CK+=10g/L，pH=1的溶液进行动态吸附实验，吸附剂对Rb+的吸附容量为16.34mg/g，穿透体积为7.86BV。以1mol/L HCI-0.005mol/L NH4Cl溶液和1mol/LHCl-0.5mol/L NH4Cl溶液进行梯度洗脱，即可得到纯度为96.93％的RbCl;采用两柱串联操作，在第一个柱子达到吸附饱和时，第二个柱子仍未被穿透。AWP-CaALG复合吸附剂经3次重复操作仍具有较好的吸附和洗脱性能。

目录

声明

摘要

第1章 引言

1．1 研究背景与意义

1．2 铷分离提取研究现状

1．2．1 分步结晶法

1．2．2 沉淀法

1．2．3 溶剂萃取法

1．2．4 离子交换法

1．3 磷钨酸铵-海藻酸钙复合吸附剂

1．4 研究目标及路线

1．4．1 研究目标

1．4．2 研究内容

1．4．3 研究路线

第2章 AWP-CaALG复合吸附剂的制备及其对铷离子的静态吸附性能研究

2．1 实验仪器与实验试剂

2．1．1 实验仪器

2．1．2 实验试剂

2．2 实验方法

2．2．1 复合吸附剂的制备

2．2．2 复合吸附剂结构表征

2．2．3 吸附剂吸附性能评价

2．3 结果与讨论

2．3．1 XRD和FT-IR分析

2．3．2 热稳定性分析

2．3．3 吸附剂的吸附分离性能考察

2．4 小结

第3章 AWP-CaALG复合吸附剂制备条件优化

3．1 实验仪器与实验试剂

3．1．1 实验仪器

3．1．2 实验试剂

3．2 实验方法

3．2．1 AWP-CaALG的制备

3．2．2 静态吸附实验

3．3 结果与讨论

3．3．1 物料配比对吸附性能的影响

3．3．2 CaCl2浓度对吸附性能的影响

3．3．3 陈化时间对吸附性能的影响

3．3．4 干燥温度对吸附性能的影响

3．4 小结

第4章 AWP-CaALG吸附铷的热力学和动力学基础

4．1 引言

4．1．1 等温吸附模型

4．1．2 热力学参数的计算

4．1．3 吸附动力学模型

4．1．4 控制机理模型

4．2 实验仪器与实验试剂

4．2．1 实验仪器

4．2．2 实验试剂

4．3 实验方法

4．4 结果与讨论

4．4．1 实验数据

4．4．2 等温吸附模型

4．4．3 热力学参数的计算

4．4．4 吸附动力学模型

4．4．5 控制机理模型

4．5 小结

第5章 AWP-CaALG复合吸附剂分离提取铷工艺

5．1 实验仪器与实验试剂

5．1．1 实验仪器

5．1．2 实验试剂

5．2 动态吸附实验步骤

5．3 结果与讨论

5．3．1 AWP-CaALG复合吸附剂重复性考察

5．3．2 流速对动态吸附效果的影响

5．3．3 高径比对动态吸附效果的影响

5．3．4 铷钾分离工艺研究

5．4 小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间取得学术成果