[发明专利]一种Na-Mg-Sn-S金属硫化物吸附剂的合成方法及应用

说明书

本发明属于放射性水体处理技术领域，具体为一种Na‑Mg‑Sn‑S金属硫化物吸附剂的合成方法及应用。将碳酸钠、镁盐、锡盐、硫粉、超纯水加入高压反应釜；在已预热至一定温度的烘箱中水热反应一段时间；将高压反应釜自然冷却至室温，所得反应产物用超纯水洗涤三次，用有机溶剂洗涤两次后离心分离；真空干燥后，筛分得到金属硫化物吸附剂。本发明所述的金属硫化物吸附剂原料成本相对低廉易得，制备方法简单、条件温和，对水中Sr²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺吸附效果好，适用于高效处理水中处理放射性Sr²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺，特别适用于大规模放射性元素污染废水的应急处理。

技术领域

本发明属于放射性废水处理领域，具体涉及一种Na-Mg-Sn-S金属硫化物吸附剂的合成方法及应用。

背景技术

随着我国核能利用的快速发展，核燃料循环及核事故产生的放射性废水的处理问题也逐渐受到重视。放射性锶-90半衰期长达30年，能够不间断释放出β射线，照射后会导致人体的皮肤损伤甚至病变、癌变。作为辐射污染重要来源的活腐蚀产物例如钴、锰、镍,也对公众的健康和环境安全造成威胁。去除废水中的放射性锶、钴、锰、镍对人体健康和环境都有着重大意义。

目前，国内外去除水中Sr²⁺、Co²⁺、Mn²⁺、Ni²⁺的技术主要有化学沉淀、溶剂萃取、蒸发、膜分离、吸附等，这些方法具有各自的缺欠。化学沉淀法适用于处理高浓度的含锶废水，低浓度含锶废水则需要投加大量的沉淀剂(如NaOH、Na₂CO₃等)去除Sr²⁺，并且加入酸调整过高的pH值，导致废水的含盐量显著增加。溶剂萃取法使用的有机萃取剂(如冠醚类)毒性较大，易造成二次污染。蒸发法适用于处理高浓度的含锶废水，但设备成本高、能耗大，容易结垢，对废水中的Sr²⁺无选择性。反渗透对废水中锶离子的去除率达99％，然而会产生25％～50％的浓水，导致放射性废物的体积增加，处置费用很高。吸附法操作简单、去除速率快，不需要向废水投加化学药剂，缺点为吸附剂具有选择性，处理不同的放射性核素离子需要使用相应的吸附剂。

在特定条件下，针对性去除或分离放射性废水中某些离子，吸附法具有天然的优势，成为去除放射性离子的重要方法。在众多的有机和无机吸附剂中，金属硫化物吸附剂具有快速、高效、高选择性去除放射性废水中锶离子的特点，且受共存离子的影响较小。金属硫化物吸附剂以皮尔逊的软硬酸碱理论为基础，通过离子交换实现对废水中放射性离子的去除。申请号为201810567842.3的专利公开了一种水热法合成的以Zn-Sn-S为骨架、K⁺为可交换离子的金属硫化物吸附剂，可快速吸附水中的Sr²⁺。硫化锡钾(KSnS)在干扰离子浓度为Co²⁺的100倍时去除率仍然达到92％以上，选择性较高。以Mg-Sn-S为骨架的KMS-2对于Ni²⁺的吸附容量为151mg/g，适用pH范围为3-10。以上类型的金属硫化物均对放射性元素有一定的去除效果，虽然合成方法简单温和，但是部分存在合成吸附剂结构不均一，所需温度高、合成条件苛刻、合成成本较高等问题，不适合工业化应用的大规模合成。

发明内容

针对上述技术难点，本发明提出一种Na-Mg-Sn-S金属硫化物吸附剂的合成方法及应用。

本发明采用的技术方案：一种Na-Mg-Sn-S金属硫化物吸附剂的合成方法，包括以下步骤：将碳酸钠、镁盐、锡盐、硫粉加入反应釜；投加顺序为硫粉、碳酸钠、锡盐、镁盐；加入去超纯水，边加边搅拌；水热反应；洗涤、干燥、筛分后获得金属硫化物吸附剂；

所述的镁盐为氯化镁、硫酸镁、硝酸镁，优选为六水合氯化镁；锡盐为无水氯化亚锡或二水合氯化亚锡，优选为无水氯化亚锡；所述碳酸钠为无水碳酸钠、一水合碳酸钠、十水合碳酸钠，优选为无水碳酸钠。