[发明专利]用于从液体铷铯矿中提取铷和铯的吸附材料及其制备方法

说明书

本发明属于吸附材料领域，提供了一种用于从液体铷铯矿中提取铷和铯的吸附材料及其制备方法。所述吸附材料由具有三角双锥结构的阴离子层和能被交换的层间阳离子及掺杂金属组成，该吸附材料呈片层状，掺杂金属均匀分布于层状材料内，所述阴离子层由Sn和S组成，所述层间阳离子为K⁺、Na⁺中的任意一种或两种，所述掺杂金属为Ni、Cu、Co、Cd、Zn、Al、Sb、Cr中的任意一种。本发明有效解决了目前吸附材料制备周期长、合成成本高、循环稳定性差等问题，可以作为从地热水、盐湖卤水、地下卤水等液体铷铯矿资源以及固体矿与伴生矿的浸出液中选择性回收铷铯的优良吸附材料。

技术领域

本发明属于铷铯提取技术领域，尤其是一种用于从液体铷铯矿中提取铷和铯的吸附材料及其制备方法。

背景技术

铷和铯因化学性质活泼、光电性能优良，被广泛应用于国防工业、光纤通信系统、有机合成催化剂和夜视设备等领域。近年来，铷铯在高效能源器件中发挥着重要作用。其中，以铷铯化合物为电离源的磁流体发电装置热效率为70%，是传统热电厂的两倍。然而，铷铯在自然界的分布并不集中，从固体矿石中提取铷铯十分困难，产品纯度也并不理想。因此，地热水、地下卤水、盐湖卤水等液体铷铯矿资源中提取铷铯受到广泛关注。然而，由于液体铷铯矿资源中含有大量共存的碱金属和碱土金属离子(钠、钾、钙、锂等)，因此液体铷铯矿中铷铯的分离提取面临极大的挑战。

目前用于提取铷和铯的方法有电化学法，如CN111218570A；萃取法，如CN107460344A。萃取法适用于高浓度的浓缩卤水，且易产生二次污染。电化学法是在外加电场的控制下实现离子定向迁移的方法，其选择性好、无污染，但对设备的要求较高，研究目前仍处于起步阶段。

吸附法适用于低浓度铯的分离与富集，目前最常用的吸附材料为磷钼酸铵和普鲁士蓝及其类似物，这两类吸附材料的吸附容量低，循环稳定性差。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，针对液体铷铯矿中铷铯的分离提取，提供一种制备流程简单、吸附容量高、循环稳定性好的吸附材料及其制备方法。

根据本发明的第一方面，提供了一种吸附材料，由具有三角双锥结构的阴离子层和能被交换的层间阳离子及掺杂金属组成。该吸附材料呈片层状，掺杂金属均匀分布于层状材料内。吸附材料的分子式为：N₂M_xSn_3-xS₇，其中N为层间阳离子，M为掺杂金属，x为金属M的摩尔分数、3-x为Sn的摩尔分数，x=0.02-0.24。

所述阴离子层由Sn和S组成。S^2-为软Lewis酸离子，在硫属元素（S、Se、Te）中电子云密度最大，相对分子质量最小，因此对Lewis碱金属离子具有更强的亲和力；此外，开放框架结构也有利于吸附过程。

所述层间阳离子N为优选K⁺、Na⁺中的任意一种或两种。分子式为：K₂M_xSn_3-xS₇或Na₂M_xSn_3-xS₇。

所述掺杂金属M为通过密度泛函理论量化计算得到，选出Ni、Cu、Co、Cd、Zn、Al、Sb或Cr中的一种。筛选出的掺杂金属不仅可以提高吸附剂的吸附容量和循环稳定性，而且价格低廉。

根据本发明的第二方面，提供了上述吸附材料的制备方法，步骤如下：

步骤一、将提供层间阳离子的碳酸盐、硫粉、锡粉、掺杂金属粉末或其掺杂金属的氧化物粉末及水加入聚四氟乙烯内衬中充分搅拌均匀，获得前驱体混合物。

步骤二、将装有前驱体混合物的聚四氟乙烯内衬放入反应釜中密闭，置于真空干燥箱中加热升温至180-220^oC，并在该条件下恒温反应15-24 h后，冷却至室温，获得反应产物；