一种同时分离锶和铯的方法

摘要

本发明公开了一种同时分离锶和铯的方法，包括如下步骤：含有多种金属离子的硝酸盐溶液通过填装有吸附剂的色谱柱，元素锶和铯被吸附剂吸附，对吸附后的色谱柱进行洗脱，分别得到元素锶和元素铯，所述吸附剂由如结构式(I)所示的化合物负载在载体上制成；所述硝酸盐溶液中含有Sr(Ⅱ)、Cs(I)和其他金属离子，其他金属离子为Li(I)、Na(I)、K(I)、Rb(I)、Ba(Ⅱ)、Ce(Ⅲ)、Pd(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)中的至少一种。本发明同时分离锶和铯的方法，在弱酸性条件下进行分离，条件温和，选择性好，分离速度快，操作简单，易于推广。

权利要求

1.一种同时分离锶和铯的方法，其特征在于，包括如下步骤：含有多种金属离子的硝酸盐溶液通过填装有吸附剂的色谱柱，元素锶和铯被吸附剂吸附，对吸附后的色谱柱进行洗脱，分别得到元素锶和元素铯，所述吸附剂由如结构式(I)所示的化合物负载在载体上制成：所述硝酸盐溶液中含有Sr(Ⅱ)、Cs(I)和其他金属离子，其他金属离子为Li(I)、Na(I)、K(I)、Rb(I)、Ba(Ⅱ)、Ce(Ⅲ)、Pd(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)中的至少一种。

2.如权利要求1所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，所述载体为被覆聚合物的大孔SiO2。

3.如权利要求2所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，被覆聚合物的大孔SiO2的质量为结构式(I)所示的化合物质量的8～10倍。

4.如权利要求1所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，硝酸盐溶液中，每种金属离子的浓度为5.0×10-4～1.0×10-3M。

5.如权利要求1所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，硝酸盐溶液的pH范围为5～7。

6.如权利要求1所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，含有多种金属离子的硝酸盐溶液在色谱柱中的流速为0.1mL/min～3mL/min。

7.如权利要求1所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，所述吸附剂的制备方法如下：将如结构式(I)所示的化合物溶解于二氯甲烷中，在所得溶液中加入载体混合均匀，经旋蒸干燥后，得到吸附剂。

8.如权利要求1所述的同时分离锶和铯的方法，其特征在于，色谱柱柱温为25±5℃。

说明书

一种同时分离锶和铯的方法

技术领域

[0001] 本发明涉及元素分离技术领域，具体涉及一种同时分离锶和铯的方法。

背景技术

[0002] 核能的广泛应用在给人类带来各种便利的同时也带来了巨大的健康威胁，在使用核能的过程中往往产生大量放射性废弃物，这些废弃物降解时间长，极易造成严重的环境污染，如何安全有效地处理这些放射性废弃物已经成为制约核能可持续发展的关键因素。

[0003] 低放射性废液是放射性废弃物的重要组成部分，常用处理低放废液的方法有吸附法、离子交换法和膜分离法，这些方法所涉及的设备数目众多，处理工艺步骤复杂；由于处理低放废液时，废液每经过一种设备或构筑物时都会造成放射性污染，因此处理过程中设备数目越多，工艺步骤越复杂，造成的污染越严重，因此应尽量减少设备数目，缩短处理工艺流程。

[0004] 低放射性废液中存在发热元素锶和铯，需要进行分离，另外，在海水淡化以及盐湖水处理领域，也面临元素锶和铯的分离问题。

发明内容

[0005] 本发明提供了一种同时分离锶和铯的方法，简洁高效，选择性好，分离速度快。

[0006] 一种同时分离锶和铯的方法，包括如下步骤：含有多种金属离子的硝酸盐溶液通过填装有吸附剂的色谱柱，元素锶和铯被吸附剂吸附，对吸附后的色谱柱进行洗脱，分别得到元素锶和元素铯，所述吸附剂由如结构式(I)所示的化合物负载在载体上制成：

[0007]

[0008] 所述硝酸盐溶液中含有Sr(Ⅱ)、Cs(I)和其他金属离子，其他金属离子为Li(I)、Na(I)、K(I)、Rb(I)、Ba(Ⅱ)、Ce(Ⅲ)、Pd(Ⅱ)、Ca(Ⅱ)、Mg(Ⅱ)中的至少一种。

[0009] 本发明中的吸附剂由对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃(英文名р-tert-butysulfonycalix[4]arene，如结构式(I)所示)和载体按一定比例进行复合制备得到。

[0010] 作为优选，所述载体为被覆聚合物的大孔SiO2。

[0011] 所述被覆聚合物的大孔SiO2为硅基-苯乙烯-二乙烯基苯聚合物(SiO2-P)，是一类新型无机/有机载体材料，美国专利US6843921中公开了SiO2-苯乙烯-二乙烯基苯聚合物，SiO2-P是一种含多孔二氧化硅载体颗粒的有机高聚合物复杂载体，其制备方法如下：

[0012] (1)将大孔的SiO2用浓硝酸洗涤、抽滤、去离子水洗至中性，重复10余次，干燥。

[0013] (2)真空并有氩气保护条件下，以1,2,3-三氯丙烷和m-二甲苯为溶剂，向大孔SiO2中加入48.7g的m/p-甲酸基苯乙烯，8.9g的m/p-二乙烯基苯，72.2g二辛基临苯二甲酸酯，54.0g甲基安息香酸钠，0.56gα,α-偶二异丁腈和0.57g1,1′-偶二环己胺-1-腈，由室温逐步加热到90℃，并保持13小时，之后，逐步冷却至室温。

[0014] (3)分别用丙酮和甲醇洗涤、抽滤上述产物，重复10余次，干燥。

[0015] 本发明中，所述吸附剂的制备方法如下：

[0016] 将如结构式(I)所示的化合物溶解于二氯甲烷中，在所得溶液中加入载体混合均匀，经旋蒸干燥后，得到吸附剂。

[0017] 旋蒸时，使大部分二氯甲烷挥发至近干状态，在毛细作用以及物理吸附作用下，化合物分子进入载体的空隙中，然后将近干状态的物料在45～55℃下真空干燥至少24小时，得到吸附剂。

[0018] 作为优选，每g如结构式(I)所示的化合物溶解于130～150mL二氯甲烷中。被覆聚合物的大孔SiO2的质量为结构式(I)所示的化合物质量的8～10倍。

[0019] 为了保证分离效果，优选地，色谱柱柱温为25±5℃。含有多种金属离子的硝酸盐溶液在色谱柱中的流速为0.1mL/min～3mL/min。以保证金属离子与色谱柱中的吸附剂充分接触吸附。

[0020] 硝酸盐溶液中，金属离子的浓度以及硝酸盐溶液的pH值均会影响分离效果，优选地，硝酸盐溶液中，每种金属离子的浓度为5.0×10-4～1.0×10-3M。硝酸盐溶液的pH范围为5～7。

[0021] 为了增强分离效果，采用与硝酸盐溶液同样pH值的硝酸水溶液对吸附饱和的色谱柱进行洗涤，将没有被吸附的其他金属元素冲洗掉，然后利用水将元素锶和铯以硝酸盐的形式淋洗解析下来，完成元素锶和铯的分离，同时也完成了色谱柱的再生。

[0022] 本发明利用吸附剂分离元素锶和铯的方法，在弱酸性(接近中性)条件下进行分离，条件温和，选择性好，分离速度快，操作简单，易于推广。

附图说明

[0023] 图1为本发明实施例4～10中，元素锶和铯的吸附分配系数随pH值的变化关系图。

具体实施方式

[0024] 实施例1

[0025] 将0.5g对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃(如结构式(I)所示)溶解于70.0mL二氯甲烷中，充分溶解，在所得溶液中加入4.5gSiO2-P搅拌均匀，使SiO2-P与对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃混合均匀，经减压旋转蒸发使二氯甲烷挥发大部分至物料到近干状态，在毛细作用以及物理吸附作用下使有机分子进入SiO2-P孔径中，然后再将近干状态的物料在45℃下真空干燥24h，得到吸附剂。

[0026] 实施例2

[0027] 将0.5g对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃(如结构式(I)所示)溶解于75.0mL二氯甲烷中，充分溶解，在所得溶液中加入4.0gSiO2-P搅拌均匀，使SiO2-P与对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃混合均匀，经减压旋转蒸发使二氯甲烷挥发大部分至物料到近干状态，在毛细作用以及物理吸附作用下使有机分子进入SiO2-P孔径中，然后再将近干状态的物料在50℃下真空干燥24h，得到吸附剂。

[0028] 实施例3

[0029] 将0.5g对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃(如结构式(I)所示)溶解于80.0mL二氯甲烷中，充分溶解，在所得溶液中加入5.0gSiO2-P搅拌均匀，使SiO2-P与对叔丁基-丁基磺酰杯[4]芳烃混合均匀，经减压旋转蒸发使二氯甲烷挥发大部分至物料到近干状态，在毛细作用以及物理吸附作用下使有机分子进入SiO2-P孔径中，然后再将近干状态的物料在55℃下真空干燥24h，得到吸附剂。

[0030] 实施例4～10

[0031] (1)将碱金属盐LiNO3、NaNO3、KNO3、RbNO3、CsNO3；碱土金属盐Mg(NO3)2、Ca(NO3)2、Sr(NO3)2、Ba(NO3)2、Ce(NH4)2(NO3)6溶于硝酸溶液，然后加入贵金属Pd(5％w/w)硝酸盐溶液，配制成同时含有多种金属离子的硝酸盐溶液。

[0032] (2)在硝酸盐溶液中加入浓硝酸和去离子水，调节硝酸盐溶液的pH分别为1、2、3、-44、5、6、7，每种金属离子的浓度为5.0×10 M。

[0033] (3)将实施例1制备的吸附剂填装到规格为ID10mm×h300mm的色谱柱中，设定流动相的流速为1mL/min，色谱柱的温度为298K。

[0034] (4)将步骤(2)调整完pH的硝酸盐溶液通过装有吸附剂的色谱柱，元素锶和铯被填装有吸附剂的色谱柱吸附。

[0035] (5)利用硝酸水溶液(硝酸水溶液的pH值与相应的硝酸盐溶液的pH值相同，例如，硝酸盐溶液的pH值为1，则采用pH为1的硝酸水溶液进行洗涤)对吸附有元素锶和铯的色谱柱进行洗涤，冲洗出吸附剂没有吸附的其他金属元素。

[0036] (6)色谱柱中的吸附剂吸附饱和后，用水将元素Sr和Cs以硝酸盐的形式淋洗解析下来，完成元素Sr和Cs的分离。

[0037] 实施例4～10的吸附结果如图1所示，图1中横坐标为pH值，纵坐标为吸附分配系数Kd，单位为cm3/g，由图1可以看出，当硝酸盐溶液的pH为6时，铯的吸附分配系数约为160cm3/g，锶的吸附分配系数为120cm3/g；当硝酸盐溶液的pH为7时，铯的吸附分配系数约为175cm3/g，锶的吸附分配系数为140cm3/g，在pH5～7的范围内，元素Sr和Cs都具有较好的分离效果。

[0038] 实施例11

[0039] 将实施例2制备得到的吸附剂填装到色谱柱中，其余操作条件同实施例9。

[0040] 实施例12

[0041] 将实施例3制备得到的吸附剂填装到色谱柱中，其余操作条件同实施例9。