[发明专利]一种生物质水热制备铬阻控吸附剂的方法与应用

说明书

本发明属于材料、冶金与资源环境领域领域，具体涉及一种生物质水热制备铬阻控吸附剂的方法与应用。首先将生物质模板洗净后，破碎待用；其次将破碎的生物质浸渍到铬酸盐溶液中，最后将两者混合物置于高压反应釜中。反应结束后，得到纳米结构的铬基复合化合物。该吸附剂既保留了生物质内部的规则多级结构，又可对铬形成阻控效应，适合铬溶液中杂质元素的净化。将铬阻控吸附剂过滤、洗涤、烘干备用。该铬阻控剂可以高效选择性地吸附铬溶液中的钒、砷、锑、铝、铁等杂质，而对母体溶液中的铬元素形成阻控效应，实现铬溶液的净化作用。该吸附剂制备方法操作简单，成本低廉，可达到ppb级净化效果。

技术领域

本发明属于材料、冶金与资源环境领域，具体涉及一种生物质模板法水热合成制备高效阻控元素吸附剂的方法与在元素净化中的应用，尤其在铬溶液中吸附分离微量的杂质元素。

背景技术

铬是重要的战略资源，广泛用于国防工业、化工、超导体及储氢合金等研究领域。在铬矿的加工过程中，由于钒和铬在元素周期表中是相邻的元素，因此性质较为相似，通常以共生的方式存在于钒钛磁铁矿中，影响着铬的提纯过程及最终产品的纯度。此外，随着工艺的深入，铬矿浸出液还残留着其它元素如铝、铁、砷、锑等。这些杂质的存在也会影响铬产品的纯度及质量。在矿物加工过程中，产生的主要成分为铬的废水如果不经处理排放，一方面会对环境造成污染，威胁人类健康；另一方面也造成了铬资源的浪费。因此，降低铬溶液中的杂质含量、纯化铬溶液对于提高铬产品的质量及含铬废水的资源化利用具有重要意义。

针对含钒铬溶液，目前钒铬的分离方法主要有萃取法、离子交换法、化学沉淀法等。在公开号为CN 102534266A的中国专利中，提出一种以液-液-液三相体系萃取分离钒铬的方法。首先在钒铬溶液中加入成相盐和聚合物，待成相盐和聚合物溶解后形成双水相体系，然后在上述双水相体系中加入有机相。经过振荡、分相、静置得到三相体系，可以实现钒铬的分离。其缺点是，在操作过程中为了延长萃取剂的使用寿命，对溶液的pH的要求较为严格。公开号为CN103773956A的专利中，提出一种利用还原-沉淀-煅烧-溶出的方法对钒铬溶液中的钒铬进行了分离，同时制得了三氧化二铬和五氧化二钒产品，但该工艺流程过长，操作繁琐。公开号为CN 102925686A的专利中，提出从含钒、铬的溶液中选择性分离和提取钒与铬的方法，实现了钒和铬的高效分离及高纯度提取，但该过程需运用到离子交换树脂，需要使用洗涤剂将残留在交换柱内的铬洗涤下来，工艺较为繁琐。李鸿乂等在2014年《钢铁钒钛》杂志第3期第5页上报道了一种以阴离子交换树脂选择性吸附钒从而分离及提取钒与铬的方法，并阐述了该树脂吸附钒的机理及钒铬的分离原理。但该工艺在树脂转型及再生步骤中需耗用大量的酸,且再生时会产生大量废水。2013年魏广叶等人在《中国有色金属学报》第23卷第6期1712页中报道了铬盐生产工艺中除铝方法的研究进展。文中主要从固相法和液相法两个方面综述了各种除铝的方法特点，并探讨了除铝方法的发展方向。对于铬溶液中的其他微量杂质元素，如砷，锑等分离，目前相关文献报道较少。

2015年，加拿大学者Ridha在《Chemical Engineering Journal》第274卷第69页上报道了一篇以枫叶、白软木等生物质为模板，成功合成了Ca(OH)₂基纳米颗粒，该材料对二氧化碳具有增强吸附的性能。2015年，谢银德等在《郑州大学学报》第36卷6期34页中报道了关于生物模板法合成铁钴纳米材料的研究，文中采用脱铁铁蛋白为生物模板，以硝酸钴和硫酸亚铁铵为原料，利用硼氢化钠为还原剂合成了蛋白质包膜的铁钴纳米材料。2015年1月黄鑫等在《四川师范大学学报》第38卷1期148页中的生物模版法制备纳米材料一文中综述了87篇国内外文献，都是利用元素浸渍的模版效应形成纳米材料，用于催化、能源和检测等领域，而对于生物质的基团与六价铬的还原作用没有报道，同时对元素的阻控效应和溶液净化尚没有涉及。