用于萃取铷铯的固相萃取材料及其制备方法和应用

本发明属于盐湖化工，具体涉及一种用于萃取铷铯的固相萃取材料及其制备方法和应用。

背景技术：

1、稀有金属铷和铯是重要的战略资源，被人们广泛应用于航天、医疗、激光材料、特种玻璃以及化学化工等领域。铷铯资源主要分布在各种固体矿物及盐湖卤水中，一直以来，从盐湖卤水体系中分离提取铷铯的研究从未停止，但因铷铯资源本身浓度较低，外加盐湖钾肥、硼酸、锂盐等产品的优先开采，使其铷铯资源长期处于资源浪费当中。

2、目前，科研工作者经过几十年的探究，已经摸索出针对不同体系中铷铯资源的绿色高效分离技术，如沉淀法、萃取法和吸附法等，但都还存在诸多问题使其未能完全工业化生产。另外，核废液中含有大量的放射性核素137cs，对其回收或去除研究一直是核科学技术领域研究的热点。因此，研究开发从液体矿或核废液中提取分离铷铯资源的工艺路线具有重要的现实意义。

3、溶剂萃取法是利用铷铯离子与有机萃取剂发生络合反应或与某一价阳离子发生交换，达到从水相进入有机相从而与其它金属离子分离的方法。目前，研究较为成熟的萃取剂有酚类和冠醚类萃取剂，但因萃取剂价格昂贵，溶损严重、有机残留使环保压力大等缺点，导致溶剂萃取法从盐湖卤水中提取分离铷铯的工艺难以大规模产业化应用。另外，溶剂萃取法的水相和有机相均为液体，即液液萃取，萃取过程和反萃过程的动力学较慢，并且液液分相过程复杂且耗时，由此导致生产效率低。

技术实现思路

1、鉴于现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于萃取铷铯的固相萃取材料及其制备方法和应用，以提高萃取法分离提取铷铯工艺的生产效率并能够有利于产业化应用。

2、为了解决以上问题，本发明采用了如下的技术方案：

3、一种用于萃取铷铯的固相萃取材料，所述固相萃取材料包括磁性基体以及通过硅烷偶联剂连接到所述磁性基体表面的萃取基团；所述磁性基体包括fe3o4核层以及包覆fe3o4核层的sio2壳层，所述萃取基团具有如下式(1)的结构式：

4、

5、式(1)中，r1为c4～c6的支链烷烃基团。

6、在优选的方案中，式(1)中，r1为叔丁基、异丁基、仲丁基、异丙基或异戊基。

7、本发明还提供了如上所述的固相萃取材料的制备方法，包括：

8、在fe3o4纳米颗粒的表面制备sio2壳层，获得所述磁性基体；

9、使用硅烷偶联剂与包含所述萃取基团的化合物进行偶联反应，将所述萃取基团连接到所述硅烷偶联剂，获得中间化合物；

10、将所述中间化合物与所述磁性基体进行硅烷化反应使得硅烷偶联剂连接到所述磁性基体，获得所述固相萃取材料。

11、在优选的方案中，包含所述萃取基团的化合物按照以下方程式制备获得：

12、

13、其中，r1为

14、在优选的方案中，所述硅烷偶联剂的结构式为(r’o)-si-r；其中，r’为甲基或乙基，r为直链且末端含卤素活性基团。

15、进一步地，本发明还提供了如上所述的固相萃取材料在盐湖卤水提取铷铯工艺中的应用。

16、在优选的方案中，所述应用具体包括：提供含铷铯的盐湖卤水并调配至ph为9～11；将所述固相萃取材料置于所述盐湖卤水中对铷铯萃取后进行磁性分离；将分离后的所述固相萃取材料依次进行洗涤和反萃处理，获得富含铷铯的溶液。

17、在优选的方案中，洗涤处理的过程使用浓度为0.02mol/l～0.2mol/l的盐酸溶液作为洗涤液；反萃处理的过程使用浓度为1mol/l～3mol/l的盐酸溶液作为反萃液。

18、本发明提供的用于萃取铷铯的固相萃取材料及其制备方法和应用，通过有机合成的方法，具体是通过硅烷偶联剂将具有萃取铷铯功能的如式(1)结构式萃取基团连接到磁性基体，合成了一种具有铷铯特效选择性的功能化磁性固相萃取材料，所选用的合成基材廉价易得，合成路径明确，制备得到的固相萃取材料可以重复多次使用，适用于不同体系的盐湖卤水中铷和铯离子的提取分离。萃取工艺过程是固液接触萃取，减少了有机试剂的用量，并且萃取过程和反萃过程的动力学较快，分相过程耗时缩短，能够有效地提升萃取法分离提取铷和铯工艺的生产效率并减少有机废液的产生，有利于产业化应用。

技术特征：

1.一种用于萃取铷铯的固相萃取材料，其特征在于，所述固相萃取材料包括磁性基体以及通过硅烷偶联剂连接到所述磁性基体表面的萃取基团；所述磁性基体包括fe3o4核层以及包覆fe3o4核层的sio2壳层，所述萃取基团具有如下式(1)的结构式：

2.根据权利要求1所述的固相萃取材料，其特征在于，式(1)中，r1为叔丁基、异丁基、仲丁基、异丙基或异戊基。

3.一种如权利要求1或2所述的固相萃取材料的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，包含所述萃取基团的化合物按照以下方程式制备获得：

5.根据权利要求3所述的制备方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂的结构式为(r’o)-si-r；其中，r’为甲基或乙基，r为直链且末端含卤素活性基团。

6.一种如权利要求1或2所述的固相萃取材料在盐湖卤水提取铷铯工艺中的应用。

7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括：

8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，洗涤处理的过程使用浓度为0.02mol/l～0.2mol/l的盐酸溶液作为洗涤液；反萃处理的过程使用浓度为1mol/l～3mol/l的盐酸溶液作为反萃液。

技术总结
本发明公开了一种用于萃取铷铯的固相萃取材料及其制备方法和应用。固相萃取材料包括磁性基体以及通过硅烷偶联剂连接到磁性基体的萃取基团；磁性基体包括Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;核层以及SiO<subgt;2</subgt;壳层，萃取基团具有如式(1)的结构式。其制备方法包括：在Fe<subgt;3</subgt;O<subgt;4</subgt;纳米颗粒的表面制备SiO<subgt;2</subgt;壳层获得磁性基体；先使用硅烷偶联剂与包含萃取基团的化合物进行偶联反应，将萃取基团连接到硅烷偶联剂，再通过硅烷化反应使得硅烷偶联剂连接到磁性基体，获得固相萃取材料。本发明通过有机合成的方法，合成具有铷铯特效选择性的固相萃取材料，所用的合成基材廉价易得，合成路径明确，制备得到的固相萃取材料可以重复多次使用，适用于不同体系的盐湖卤水中铷和铯离子的提取分离。

技术研发人员：谢绍雷,刘莹,时东,彭辛怡,李丽娟,胡曦,张禹泽,彭小五,詹彬鑫,常丽娟
受保护的技术使用者：中国科学院青海盐湖研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15