沉淀法制备磷钼酸铵及其对Cs_的吸附特性研究.docx

沉淀法制备磷钼酸铵及其对 Cs+的吸附特性研究黄召亚张 东谭昭怡(中国工程物理研究院核物理与化学研究所 绵阳 621900)摘要 采用两种沉淀方法合成了磷钼酸铵(Ammonium Molybdophosphate, AMP, (NH4)3P(Mo3O10)4·xH2O)，通过XRD 和 FT-IR 等手段对其进行了表征和比较，获得了具有理想纯度的 AMP；研究了温度、时间、竞争离子等 条件对 AMP 吸附 Cs+ 的影响。结果显示，AMP 对 Cs+ 的吸附在 10 min 即可达到动态平衡；Cs+在 AMP 上的 吸附过程可很好地用准二级动力学方程描述(R20.999)；Na+、K+ 的存在对吸附容量有明显影响，其中 K+的竞 争作用更为明显，表明 AMP 对 Cs 的吸附为 Cs+与[NH4]+的离子交换过程。关键词 AMP, Cs+, 吸附中图分类号 TL941随着核工业、核技术的发展及核能的开发利用，产生了大量放射性废液(水)。137Cs 是高放废液中半 衰期较长(T1/2=30 a)的高释热裂变产物核素，在对放 射性废液(水)最终处置前将其去除是必不可少的环 节。离子交换和吸附法是目前国内外去除溶液中 Cs+的主要方法[1,2]，沸石、多价金属磷酸盐、杂多 酸盐、不溶性亚铁氰化物、硅钛酸盐等无机离子交 换剂由于其对 Cs+的高选择性、高吸附容量和良好 的稳定性而受到广泛关注[3–8]。AMP 是具有 Keggin 结构的典型十二钼磷杂多 酸盐，基本结构是四组三个钼氧八面体，每一组中 三个钼氧八面体共用顶角上的氧原子，结合成 Mo3O10 单元，[NH4]+位于其结构的空隙中。Archer 等[9,10]利用水热法合成了 AMP，并研究其在弱酸溶 液中的溶解度和杂多酸铵盐的阳离子交换性能。其 合成过程比较复杂，且受当时表征手段的限制。 Lehto[11]研究了多种离子在 AMP 上的吸附和分离， 发现 AMP 对 Cs 的吸附容量约为 1.0 mmol/g，由此 推测形成了 Cs2NH4PMo12O40，文献[12]对此进行了 验证。田国新等[13]合成了更适于柱操作的 AMP 粒 状结晶，但其对 Cs+的静态和动态交换性能仅为 0.63 和 0.55 mmol/g。为进一步研究和验证 AMP 对 Cs+ 的吸附特性及吸附机理，本文采用两种沉淀方法制 备了 AMP，并通过 XRD 和 FTIR 表征和分析，得 到理想的 AMP。在此基础上，研究了其对溶液中 Cs+的吸附行为及温度、吸附时间和竞争阳离子等对 吸附过程的影响。——————————————中国工程物理研究院科学技术发展基金(2012b0301032)资助1实验材料与方法1.1试剂与仪器(NH4 )6Mo7 O24·4H2 O、K4P2 O7·3H2 O、CsCl、 NaCl、KCl 等所用试剂均为分析纯，实验用水为去 离子水。主要仪器：Mettler-Toledo SevenMult 精密酸度计 (瑞士 Mettler-Toledo 公司生产)；AA700 原子吸收光 谱仪(美国 PerkinElmer 公司生产)；XPert Pro MPD X 射线衍射仪(荷兰 Philips 公司生产)；Nicolet 6700红外光谱仪(美国Thermo Fisher Scientific 公司生产)。1.2 AMP 的制备AMP-1：将 0.025 mol (NH4)6Mo7O24·4H2O 溶于180 mL 去离子水中；在溶液中缓慢滴加 30 mL 含有 0.0125 mol K4P2O7·3H2O 的溶液，边加边搅拌； 在混合溶液中滴加浓 HNO3 至沉淀完全后继续搅拌1 h，陈化 18 h 后过滤出沉淀，分别用 1 mol/L HNO3和去离子水洗涤，在(40±1)oC 下干燥。AMP-2：将 0.018 mol (NH4)6Mo7O24·4H2O 溶 于 300 mL 去离子水中；在溶液中缓慢滴加 7.5 mL2 mol/L 的 H3PO4，边加边搅拌；用浓 HNO3 调节 混合溶液的 pH 至 1，出现黄色沉淀，在室温下持续 搅拌 1.5 h 后陈化 16 h；过滤出沉淀，用 1 mol/L 的 HNO3 溶液洗涤 3 次，再用去离子水洗涤 1 次，过滤 出沉淀，在(40±1)oC 下干燥，即得黄色粉末状 AMP。第一作者：黄召亚，男，1987 年出生，2010 年毕业于浙江大学，现为中国工程物理研究院硕士研究生，核燃料循环与材料专业通讯作者：谭昭怡，mailto:liu315351@163.comliu315351@163.com收稿日期：2012-09-03，修回日期：2012-101核 技 术2013, 36(