[发明专利]脱硼材料及其制备方法和脱硼-回收一体式反应器

说明书

本发明涉及一种脱硼材料及其制备方法和脱硼‑回收一体式反应器。所述脱硼材料，原料以重量比计，包括玄武岩纤维1～10份、葡甲胺5～20份、偶联剂10～20份、相容剂100～200份。所述脱硼材料制备方法，对玄武岩纤维进行表面活化处理后将硅烷偶联剂包覆于其表面，再将葡甲胺接枝于包覆后的玄武岩纤维上。所述脱硼‑回收一体式反应器由脱硼反应组件、进液池、进液回收池、洗液池和洗液回收池构成，脱硼反应组件由内部填充了所述脱硼材料的若干脱硼反应柱组成。本发明有点在于：脱硼材料脱硼速率高，环境适应性及机械性能良好；制备方法工艺简单；脱硼‑回收一体式反应器适用不同脱硼标准，实现脱硼和回收同步进行，效率高且设备简单，利于实际应用。

技术领域

本发明属于水溶液硼资源开发技术领域，特别涉及脱硼材料及其制备方法和脱硼-回收一体式反应器。

背景技术

随着冰硼酸、硼砂、硼钢、高硼玻璃等多种含硼产品在医疗、工农业及日常生活等方面的广泛应用，硼资源一直处于供不应求的状态。而与硼矿石的开采相比，水溶液中硼资源的开发显得更具有发展前景：一方面，盐湖卤水及海水中硼资源开发潜力巨大，以青海盐湖为例，已查明的含硼卤水矿保有量约1673万吨，而现硼酸年产量仅9万吨；另一方面，含硼废液也造成硼资源浪费，如一座千兆瓦级核电站中，每年约排放约数十万升含7000mg/L硼酸的中子吸收剂废液。因此，如何高效的从水溶液中分离脱除并高效回收硼酸成为未来硼资源开发技术领域的发展趋势。

到目前，水溶液中硼酸的分离脱除及回收的主流方法有溶剂萃取法和吸附法。萃取法通常采用具有双羟基结构的萃取剂，如2-乙基-1，3-己二醇等，具有较高的萃取率，但存在水相中溶解性大(室温溶解度6.1g/L)的缺点，导致其流失严重，大规模工业化应用困难。与之相比，吸附法具有脱硼彻底、工艺简单、回收便捷、吸附材料可循环再利用等优势，成为最具有发展前景的水溶液脱除及回收硼酸方法。吸附法按吸附机理可分为物理吸附和化学吸附。物理吸附包括静电吸附作用和氢键吸附作用等；化学吸附主要指螯合反应，利用顺式邻位以及间位双羟基官能团与硼酸或硼酸根阴离子发生络合，形成结构稳定的环状酯化物，具有较强的结合强度，且使用稀酸即可彻底洗脱，更加适合水溶液中深度脱硼与回收。现有的螯合吸附脱硼材料中，以葡甲胺为脱硼官能团材料的脱硼材料因脱硼量大而最具有代表性，主要包括有机螯合树脂和有机螯合膜。其中有机螯合树脂虽脱硼量大，但有机骨架亲水性较一般，吸附平衡时间较长，导致脱硼速率偏低，且耐酸碱性及机械性能差，不利于多次脱硼与回收，同时设备占地大；有机螯合膜虽脱硼速率快，设备简单，但存在膜污染的问题，且对吸附环境(pH、离子、温度)要求苛刻，两种材料目前在工业应用方面均存在困难。因此，如何寻找到一种脱硼速率高、环境适用性好且机械性能优良的脱硼材料，并实现其工业设计与应用，是一个富有挑战性的难题。

发明内容

本发明针对现有脱硼材料存在的问题，提出以玄武岩纤维(无机纤维，主要成分为SiO₂，即具有高强度机械性能，又能够耐高低温、耐酸碱、抗氧化。同时亲水性好、绿色无污染、价格低廉)为骨架材料制备有机-无机杂化脱硼材料，在承接葡甲胺类有机螯合树脂脱硼量大优势的同时，通过无机骨架改善其亲水性，进而提高其脱硼速率，使其具有良好环境适应能力及机械性能，且价格低廉。此外葡甲胺作为脱硼官能团材料，螯合脱硼后，使用稀酸即可彻底洗脱，回收硼酸工艺简单，且能够多次循环脱附-回收，性能稳定。同时设计了该种脱硼材料较为简便易得的制备方法。进一步的，利用该脱硼材料设计了一种水溶液脱硼-回收一体式反应器，提高脱硼与回收效率的同时，实现其实际应用。

本发明提供一种脱硼材料，其原料配方以重量比计，包括玄武岩纤维1～10份、葡甲胺5～20份、偶联剂10～20份、相容剂100～200份。