表面具有重金属离子交换功能的轻质泡沫陶瓷的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种表面具有金属离子交换功能的泡沫陶瓷，尤其涉及一种表面具有重金属离子交换功能的轻质泡沫陶瓷及其获取方法。

背景技术：
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在环保领域，重金属污染一直是一个严峻的问题([1]y.l.zhao,q.a.gao,t.tang,y.xu,d.wu,effectivenh2-graftingonmesoporoussba-15surfaceforadsorptionofheavymetalions.materialsletters,2011,65(6):1045-1047；[2]mahera,sadeghim,moheba.heavymetaleliminationfromdrinkingwaterusingnanofiltrationmembranetechnologyandprocessoptimizationusingresponsesurfacemethodology.desalination,2014,352:166-173；[3]f.l.song,x.w.yang,x.l.lietal.,thebehaviorofcesiumadsorptiononzirconylpyrophosphate.nuclearscienceandtechniques,2016,27:60.)。例如，放射性废弃物随着核工业的发展而大量产生，其中放射性废水对环境有着巨大的危害。137cs是高放废液中的高释热裂变产物，其不但寿命较长，而且放射性份额占比较大。因此，要把这种高放废液变为中低放废液，137cs的去除非常。传统的铯污染治理方法有溶剂萃取、化学沉降、离子交换等([4]e.bascetin,h.haznedaroglu,anda.y.erkol.theadsorptionbehaviorofcesiumonsilicagel[j].appliedradiationandisotopes,2003,59(1):5-9.)。但萃取剂有受辐射后不稳定点问题，而且商业购买难度大；而化学沉降法的沉降不能完全实现，而且容易造成二次污染([5]r.yavari,y.d.huang,ands.j.ahmadi.adsorptionofcesium(i)fromaqueoussolutionusingoxidizedmultiwallcarbonnanotubes[j].journalofradioanalyticalandnuclearchemistry,2011,287(2):393-401.)。

鉴于目前对水体中重金属离子处理的诸多不足，本发明采用无毒无害的天然沸石为主要原料制备多孔结构的泡沫陶瓷，通过其负载活性层的表面改性，获得便于回收、不易产生二次污染并对毒性重金属离子能够有效吸附的新型吸附材料。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种表面具有金属离子交换功能的泡沫陶瓷，特别是一种表面具有重金属离子交换功能的轻质泡沫陶瓷。制备方法采用表面反应工艺，以轻质泡沫陶瓷为基体，在溶液中通过界面反应在陶瓷表面直接形成一层具有金属离子交换功能的活性层。

本发明中的金属离子交换活性层负载轻质泡沫陶瓷复合体，其总体上呈泡沫陶瓷基体的多孔结构(参见图1)，其特征在于：该多孔复合体表面形成了一层具有金属离子交换功能的活性物质，例如普鲁士蓝，这种负载复合体可漂浮于水面(参见图2)，便于打捞、回收。

本发明以天然沸石为主要原料制备的轻质泡沫陶瓷为基体，采用表面反应工艺，在k4fe(cn)6溶液中加入hcl溶液，在陶瓷表面直接生成普鲁士蓝活性层。提供的反应条件是：首先将轻质泡沫陶瓷基体浸入1-2mol/l的naoh溶液中，于50-80℃的温度条件下浸泡24-48h，进行表面脱硅；然后在0.5-1mol/l的k4fe(cn)6溶液中，加入0.5-1mol/l的hcl溶液，在脱硅陶瓷表面直接形成一层普鲁士蓝活性层。

本发明制备的金属离子交换活性层负载轻质泡沫陶瓷，具有良好的金属离子交换功能，可以直接用作水体中的重金属离子吸附材料。

附图说明：

图1轻质泡沫陶瓷负载复合体的多孔结构形貌。

图2轻质泡沫陶瓷负载复合体漂浮于水面。

具体实施方式：

实施例1：先将自行研制的块状轻质泡沫陶瓷样品浸入2mol/l的naoh溶液中，在60℃的温度条件下浸泡48h。取出后用去离子水反复冲洗至溶液ph接近中性。然后利用k4fe(cn)6溶液和hcl溶液作为反应溶剂，在上述脱硅后的多孔泡沫陶瓷表面制备普鲁士蓝。将脱硅后的多孔陶瓷样品浸入0.5mol/l的k4fe(cn)6溶液中，k4fe(cn)6溶液用量以正好覆盖样品为度。超声振荡30秒，使溶液充分浸入多孔样品的缝隙中。将浓度为1mol/l的浓hcl溶液加入到浸泡样品的k4fe(cn)6溶液中，即在脱硅样品表面生成牢固结合的普鲁士蓝。

实施例2：选取具有代表性的cs离子吸附实验，对上述实施例所得负载制品的重金属离子吸附性能进行考察。以cscl为cs源，将适量cscl试剂溶于去离子水中，配制出cs离子浓度为100mg/l的cscl溶液，在50ml的该溶液中投入2.0g的普鲁士蓝负载泡沫陶瓷制品。在吸附时间分别达到0h,0.5h,2h,4h,16h时，各取出适量的实验溶液，利用spectroarcos电感耦合等离子体光谱仪测定其cs⁺离子浓度。将所测得的离子浓度进行计算，得出的吸附率如下表1所示。可见该负载样品对cs离子表现出良好的吸附性能，在投放时间仅为0.5h时吸附率就达78％左右，吸附时间增加到16h时，吸附率达到98％左右。

表1负载制品对cs离子的吸附率

对比例：在上述实施例中将负载的泡沫陶瓷制品换成未负载的泡沫陶瓷制品，其他条件不变，所得吸附结果如下表2所示。可见未经负载的样品虽对cs离子有一定的吸附能力，但吸附性能很差。

表2未负载制品对cs离子的吸附率

技术特征：

技术总结
本发明涉及一种表面具有重金属离子交换功能的轻质泡沫陶瓷，其构成是在轻质泡沫陶瓷表面生长一层具有重金属离子交换功能的活性层，例如普鲁士蓝活性层。轻质泡沫陶瓷是宏观孔隙在毫米级尺度的低密度多孔陶瓷，具有丰富的表面；而表面形成的活性层具有良好的离子交换功能，可有效去除水体中的毒性重金属离子。因此，两者结合起来即可获得一种高效的重金属离子吸附材料，并可漂浮于水面。这种多孔复合材料的形成是采用以天然沸石粉末为主要原料制备的轻质泡沫陶瓷为基体，通过其在溶液中的界面反应，直接在陶瓷表面生长出具有重金属离子交换功能的活性层。

技术研发人员：郭宜娇;刘培生;崔光
受保护的技术使用者：北京师范大学
技术研发日：2017.03.31
技术公布日：2017.07.14