富集尾矿废水中铱离子的香蒲石膏粉复合材料的制备方法

摘要

本发明属于复合材料领域，涉及一种富集尾矿废水中铱离子的香蒲石膏粉复合材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将改性石膏粉复合到氨化香蒲的孔道中，具体工艺包括香蒲洗净、氨化、石膏粉改性以及复合材料制备等。本发明制备的香蒲石膏粉复合材料具有以下优点：（1）用聚醋酸乙烯酯将石膏粉固定至香蒲中，既能发挥香蒲密度轻、比表面积大的特性，又能利用了石膏粉对稀土铱离子富集能力强的优点；（2）与石膏粉体相比，复合材料避免了石膏粉结块、铱离子富集力降低的问题，又能避免富集铱离子的石膏粉难以回收，引发二次污染的问题；（3）与香蒲相比，复合材料大幅度的提高了铱离子饱和富集量，又能避免水处理过程中香蒲有机碳的溢出污染。本发明制备的复合材料将铱离子的富集量提升至142.8mg/g，可用于尾矿含铱废水处理，市场前景广阔。

说明书

技术领域

本发明属于复合材料技术领域，具体涉及一种富集尾矿废水中铱离子的香蒲石膏粉复合材料的制备方法。

背景技术

稀土有工业“黄金”之称，由于其具有优良的光电磁等物理特性，能与其他材料组成性能各异、品种繁多的新型材料，其最显著的功能就是大幅度提高其他产品的质量和性能。比如大幅度提高用于制造坦克、飞机、导弹的钢材、铝合金、镁合金、钛合金的战术性能。而且，稀土同样是电子、激光、核工业、超导等诸多高科技的润滑剂。用稀土制成的分子筛催化剂，具有活性高、选择性好、抗重金属中毒能力强的优点，因而取代了硅酸铝催化剂用于石油催化裂化过程；在合成氨生产过程中，用少量的硝酸稀土为助催化剂，其处理气量比镍铝催化剂大1.5倍；在合成顺丁橡胶和异戊橡胶过程中，采用环烷酸稀土-三异丁基铝型催化剂，所获得的产品性能优良，具有设备挂胶少，运转稳定，后处理工序短等优点；复合稀土氧化物还可以用作内燃机尾气净化催化剂，环烷酸铈还可用作油漆催干剂等。

稀土发光材料的应用会给光源带来环保节能、色彩显色性能好及长寿命的作用，有利于推动照明显示领域产品的更新换代。目前，我国稀土发光材料行业紧跟国际稀土发光材料研发和应用的发展潮流，与下游产业之间建立了良好的市场互动机制，成为节能照明和电子信息产业发展过程中不可或缺的基础材料。除上述领域外，稀土发光材料还被广泛应用于促进植物生长、紫外消毒、医疗保健、夜光显示和模拟自然光的全光谱光源等特种光源和器材的生产，应用领域不断得到拓展。铱络化物本身有电荷运输能力，有机EL材料“铱络化物”在特殊光线的照射下，在与空气相同的氧气浓度约20%的环境下不会发光，而在浓度低于10%时则会发光。

本发明的创造性在于：（1）香蒲石膏粉复合材料是一种新型复合材料，作为稀土富集材料功能开发潜力巨大；（2）用聚醋酸乙烯酯将改性石膏粉固定至氨化香蒲中，制备香蒲石膏粉复合材料的制备工艺未见文献报道；（3）无论与石膏粉相比，还是香蒲吸附富集材料相比，复合材料的物理形态、物质结构、稀土富集量、再生循环利用等性能均具备突出的实质性特点和显著的进步。

发明内容

本发明属于复合材料领域，涉及一种富集尾矿废水中铱离子的香蒲石膏粉复合材料的制备方法。本发明提出的制备方法是将改性石膏粉复合到氨化香蒲的孔道中，具体工艺包括香蒲洗净、氨化、石膏粉改性以及复合材料制备等。本发明制备的香蒲石膏粉复合材料具有以下优点：（1）用聚醋酸乙烯酯将石膏粉固定至香蒲中，既能发挥香蒲密度轻、比表面积大的特性，又能利用了石膏粉对稀土铱离子富集能力强的优点；（2）与石膏粉体相比，复合材料避免了石膏粉团聚结块、铱离子富集力降低的问题，又能避免富集铱离子的石膏粉难以回收，引发二次污染的问题；（3）与香蒲相比，复合材料大幅度的提高了铱离子饱和富集量，又能避免水处理过程中香蒲有机碳的溢出污染。复合材料将铱离子的富集量提升至142.8mg/g，即每克复合材料可富集142.8mg铱离子。本发明制备的铱离子富集材料可用于尾矿含铱废水处理，市场前景广阔。

本发明提出的香蒲石膏粉复合材料的制备方法，其特征在于：

1）清洁香蒲：将香蒲漂洗、烘干；

2）香蒲氨化：将清洁后的香蒲置于氨化溶液中，于60℃放置3小时，漂洗、烘干；其中氨化溶液的配方是溶剂为去离子水，溶液中各种溶质浓度分别为：磷酸氢钠浓度3~6g/L，碳酸氢铵浓度3~6g/L，1,3-丙二胺浓度3~6g/L，氨水浓度1~3g/L；

3）石膏粉改性：将石膏粉置于十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液中，搅拌1小时，过滤，于100℃干燥3~12小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的石膏粉；其中石膏粉与十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合溶液的料/液比为1/5~1/20g/mL；其中十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液中十六烷基苯磺酸的质量浓度为20~30%，四甲基硫酸氢铵的质量浓度为0.1~0.3%；

4）复合材料制备：将聚醋酸乙烯酯溶于四氢呋喃中，依次加入氨化香蒲及改性石膏粉，搅拌1~4小时，置于干燥箱中，于40~60℃干燥12小时，得香蒲石膏粉复合材料；其中各种物料的重量比为：氨化香蒲/改性石膏粉/聚醋酸乙烯酯/四氢呋喃=2/1/2/5。

将香蒲石膏粉复合材料置于含铱尾矿废水中，调节溶液pH值为5~6，于25℃富集4小时，废水中铱离子的浓度为50~500mg/L，富集完毕，过滤，检测复合材料中富集的铱离子量。

将上述富集铱离子的复合材料置于浓度为0.2M的氨水四乙酸二钠水溶液中1小时，过滤，洗净，烘干，完成解富集工艺，得再生的香蒲石膏粉复合材料；再将上述再生复合材料置于含铱尾矿废水中，进行铱离子富集。如此多个循环，直至复合材料的铱离子富集量小于初次富集量的80%。

具体实施方式

下面通过实施例进一步描述本发明

实施例1

将香蒲收割，用自来水洗净，烘干。

将磷酸氢钠、碳酸氢铵、1,3-丙二胺、氨水溶于去离子水中，磷酸氢钠浓度为5g/L，碳酸氢铵浓度为4g/L，1,3-丙二胺浓度为4g/L，氨水浓度为3g/L，得氨化溶液。

将10g洗净的香蒲置于500mL氨化溶液中，于60℃放置3小时，漂洗、烘干，得氨化的香蒲。

将十六烷基苯磺酸、四甲基硫酸氢铵溶于去离子水中，十六烷基苯磺酸的质量浓度为28%，四甲基硫酸氢铵的质量浓度为0.3%，得十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液。

将100g石膏粉置于1500mL十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液中，搅拌1小时，过滤，于100℃干燥5小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的石膏粉。

将10g聚醋酸乙烯酯溶于25g四氢呋喃中，依次加入10g氨化香蒲及5g改性石膏粉，搅拌2小时，置于干燥箱中，于40℃干燥12小时，得香蒲石膏粉复合材料。

将20g香蒲石膏粉复合材料置于50L含铱尾矿废水中，调节溶液pH值为5~6，于25℃富集4小时，废水中铱离子的浓度为160mg/L，富集完毕，过滤，检测复合材料富集的铱离子量为142.8mg/g。

将上述富集铱离子的复合材料置于浓度为0.2M的氨水四乙酸二钠水溶液中1小时，过滤，洗净，烘干，完成解富集工艺，得再生的香蒲石膏粉复合材料；再将上述再生复合材料置于含铱尾矿废水中，进行铱离子富集。如此6个循环，复合材料的铱离子富集量小于初次富集量的80%。

实施例2

将香蒲收割，用自来水洗净，烘干。

将磷酸氢钠、碳酸氢铵、1,3-丙二胺、氨水溶于去离子水中，磷酸氢钠浓度为6g/L，碳酸氢铵浓度为6g/L，1,3-丙二胺浓度为3g/L，氨水浓度为3g/L，得氨化溶液。

将50g洗净的香蒲置于500mL氨化溶液中，于60℃放置3小时，漂洗、烘干，得氨化的香蒲。

将十六烷基苯磺酸、四甲基硫酸氢铵溶于去离子水中，十六烷基苯磺酸的质量浓度为30%，四甲基硫酸氢铵的质量浓度为0.1%，得十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液。

将100g石膏粉置于2000mL十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液中，搅拌1小时，过滤，于100℃干燥12小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的石膏粉。

将200g聚醋酸乙烯酯溶于500g四氢呋喃中，依次加入200g氨化香蒲及100g改性石膏粉，搅拌4小时，置于干燥箱中，于40℃干燥12小时，得香蒲石膏粉复合材料。

将10g香蒲石膏粉复合材料置于100L含铱尾矿废水中，调节溶液pH值为5~6，于25℃富集4小时，废水中铱离子的浓度为50mg/L，富集完毕，过滤，检测复合材料富集的铱离子量为133.1mg/g。

将上述富集铱离子的复合材料置于浓度为0.2M的氨水四乙酸二钠水溶液中1小时，过滤，洗净，烘干，完成解富集工艺，得再生的香蒲石膏粉复合材料；再将上述再生复合材料置于含铱尾矿废水中，进行铱离子富集。如此6个循环，复合材料的铱离子富集量小于初次富集量的80%。

实施例3

将香蒲收割，用自来水洗净，烘干。

将磷酸氢钠、碳酸氢铵、1,3-丙二胺、氨水溶于去离子水中，磷酸氢钠浓度为4g/L，碳酸氢铵浓度为5g/L，1,3-丙二胺浓度为5g/L，氨水浓度为2g/L，得氨化溶液。

将100g洗净的香蒲置于500mL氨化溶液中，于60℃放置3小时，漂洗、烘干，得氨化的香蒲。

将十六烷基苯磺酸、四甲基硫酸氢铵溶于去离子水中，十六烷基苯磺酸的质量浓度为25%，四甲基硫酸氢铵的质量浓度为0.2%，得十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液。

将100g石膏粉置于1000mL十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液中，搅拌1小时，过滤，于100℃干燥4小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的石膏粉。

将100g聚醋酸乙烯酯溶于250g四氢呋喃中，依次加入100g氨化香蒲及50g改性石膏粉，搅拌3小时，置于干燥箱中，于50℃干燥12小时，得香蒲石膏粉复合材料。

将20g香蒲石膏粉复合材料置于10L含铱尾矿废水中，调节溶液pH值为5~6，于25℃富集4小时，废水中铱离子的浓度为500mg/L，富集完毕，过滤，检测复合材料富集的铱离子量为109.1mg/g。

将上述富集铱离子的复合材料置于浓度为0.2M的氨水四乙酸二钠水溶液中1小时，过滤，洗净，烘干，完成解富集工艺，得再生的香蒲石膏粉复合材料；再将上述再生复合材料置于含铱尾矿废水中，进行铱离子富集。如此6个循环，复合材料的铱离子富集量小于初次富集量的80%。

实施例4

将香蒲收割，用自来水洗净，烘干。

将磷酸氢钠、碳酸氢铵、1,3-丙二胺、氨水溶于去离子水中，磷酸氢钠浓度为3g/L，碳酸氢铵浓度为3g/L，1,3-丙二胺浓度为6g/L，氨水浓度为1g/L，得氨化溶液。

将50g洗净的香蒲置于500mL氨化溶液中，于60℃放置3小时，漂洗、烘干，得氨化的香蒲。

将十六烷基苯磺酸、四甲基硫酸氢铵溶于去离子水中，十六烷基苯磺酸的质量浓度为20%，四甲基硫酸氢铵的质量浓度为0.3%，得十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液。

将100g石膏粉置于500mL十六烷基苯磺酸/四甲基硫酸氢铵混合水溶液中，搅拌1小时，过滤，于100℃干燥3小时，冷却，用去离子水洗涤，干燥，得改性的石膏粉。

将20g聚醋酸乙烯酯溶于50g四氢呋喃中，依次加入20g氨化香蒲及10g改性石膏粉，搅拌1小时，置于干燥箱中，于60℃干燥12小时，得香蒲石膏粉复合材料。

将100g香蒲石膏粉复合材料置于100L含铱尾矿废水中，调节溶液pH值为5~6，于25℃富集4小时，废水中铱离子的浓度为50mg/L，富集完毕，过滤，检测复合材料富集的铱离子量为40.1mg/g。

将上述富集铱离子的复合材料置于浓度为0.2M的氨水四乙酸二钠水溶液中1小时，过滤，洗净，烘干，完成解富集工艺，得再生的香蒲石膏粉复合材料；再将上述再生复合材料置于含铱尾矿废水中，进行铱离子富集。如此6个循环，复合材料的铱离子富集量小于初次富集量的80%。