[发明专利]一种用于卤水提铀的双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于卤水提铀的双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球的制备方法，属于无机功能材料领域。

背景技术

海盐生产制盐卤水可认为是浓缩海水，其含铀浓度远高于海水，达数百μg/L；并且在蒸发浓缩过程中已析出部分盐类(如NaCl)，有利于铀吸附，因此，这些卤水也是重要的铀资源，有待进一步开发利用，提铀后的卤水利用现有的盐化工技术可以综合利用。但由于卤水盐度高，铀酰离子存在形态复杂，且存在大量干扰离子(如Na⁺、K⁺、Mg²⁺等)。常规吸附剂(如离子交换树脂、活性炭、粘土及天然吸附材料等)由于化学稳定性和机械强度差，或是由于吸附选择性及性价比较低，难以应用于卤水提铀。具有核壳结构的二氧化硅磁性微球不仅具有良好的化学稳定性和机械强度，而且比表面积高、易于修饰改性，其发达的有序介孔结构有利于铀快速进入孔内吸附，因此是理想的铀吸附材料；并且二氧化硅磁性微球利用外加磁场易于分离，有效地解决了吸附剂分离困难的问题。但二氧化硅磁性微球中的磁性物质(如四氧化三铁)在实际吸附铀时易于溶出，此外，二氧化硅磁性微球进行卤水提铀时对铀的吸附容量和吸附选择性通常较低。因此，如何避免二氧化硅磁性微球中的磁性物质在使用时溶出，以及如何提高二氧化硅磁性微球对铀的吸附容量和吸附选择性，是利用二氧化硅磁性微球进行卤水提铀必需解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供了一种双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球，该磁性微球内壳层为致密的二氧化硅层，用于包覆内核磁性物质四氧化三铁，避免使用过程中四氧化三铁溶出；外壳层为具有发达有序介孔结构的膦酰基修饰二氧化硅层，便于铀进入孔道内吸附。该二氧化硅磁性微球可作为吸附剂，用于以海盐生产制盐卤水为原料，通过吸附实现高效卤水提铀。

为了解决利用二氧化硅磁性微球进行卤水提铀时磁性物质易于溶出的问题，以及提高二氧化硅磁性微球对铀的吸附容量和吸附选择性，本发明提供一种双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球的制备方法，利用双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球进行卤水提铀具有吸附速率快，吸附容量高，吸附选择性好的优点，并且该磁性微球有良好的化学稳定性、机械强度和铀吸附性能，易于磁分离；对卤水中U(VI)有良好的吸附选择性和较高的吸附容量。吸附剂可重复使用多次，磁性物质(Fe₃O₄)溶出率低于5％。本发明提供以海盐生产制盐卤水为原料，通过吸附法实现卤水高效提铀的吸附剂。

本发明要解决上述问题，所采用的技术方案是：

一种用于卤水提铀的双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球，该磁性微球易于磁分离，其内壳层为致密的二氧化硅层，用于包覆内核磁性物质四氧化三铁，避免吸附过程中四氧化三铁氧化或溶出；外壳层为具有发达有序介孔结构的膦酰基修饰二氧化硅层，便于铀进入孔道内吸附，同时通过膦酰基修饰可以明显提高二氧化硅磁性微球对铀的吸附容量和吸附选择性。

一种用于卤水提铀的双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球的制备方法，包括：先在磁性Fe₃O₄纳米粒子表面包履致密的二氧化硅层，再进一步包履多孔磷酰基功能化二氧化硅层，最后经回流萃取脱去模板剂(P123)，得到双壳层膦酰基修饰磁性二氧化硅磁性微球。

一种用于卤水提铀的双壳层膦酰基修饰二氧化硅磁性微球的制备方法，具体步骤为：

(1)制备单层包履的二氧化硅磁性微球，标记为Fe₃O₄@SiO₂

0.1g纳米Fe₃O₄加至50mL无水乙醇、25mL去离子水、1.5mL氨水混合液中，超声分散均匀，再加入0.1g正硅酸乙酯，80℃下微波加热搅拌反应5～10h，经离心分离得到固相产物后，固相产物用去离子水充分洗涤，于60℃干燥后得二氧化硅磁性微球；

(2)制备双壳层膦酰基修饰磁性二氧化硅微球