專利名稱：通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于重金屬分離技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法。
背景技術(shù)：
隨著世界經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展以及人口數(shù)量的不斷增加，資源相對不足和環(huán)境承載力弱已經(jīng)成為世界發(fā)展的重要瓶頸。建設(shè)資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會，推進(jìn)生態(tài)文明建設(shè)，已成為當(dāng)今世界各國關(guān)注的主題。目前，對于含有重金屬離子的各種工業(yè)廢水、生活污水和核工業(yè)廢水，普遍采用化學(xué)沉淀法、氧化還原法或離子交換法等方法對其進(jìn)行處理，從而降低水資源中重金屬含量，減少重金屬污染的危害。 但是，目前采用的各類重金屬廢水的處理方法，存在廢水中重金屬離子的去除效率低和成本高的缺陷。

發(fā)明內(nèi)容
針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，具有對鎳離子的選擇性吸附強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下本發(fā)明提供一種通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，包括以下步驟SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為I. 0-5. 5，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在25_40°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將PH為I. 0-5. 5的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為O. 5-6. O后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-30%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。優(yōu)選的，所述重金屬吸附材料通過以下方法配制預(yù)處理在超聲場下，用10_20mol/L的鹽酸溶液浸泡原料硅膠20-30小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為3-5 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，150-200°C下真空干燥5-8小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為3-5 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為5-7 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3-4 : I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)30-50小時；降至20-30°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。 優(yōu)選的，所述超聲場的功率為200-300瓦；硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以5_7°C /min的速度降溫冷凍至-70—50°C，維持-70—50°C的時間為10-13小時；第二階段，以15_20°C /min的速度升溫至_20—15°C，維持_20—15°C的時間為
2-3小時；第三階段，快速放至溫度為170-180°C的真空干燥箱中，干燥時間10_13小時即得到所述重金屬吸附材料。優(yōu)選的，所述硅烷化試劑為3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷或3- 二乙三胺基丙基
二甲氧基娃燒。優(yōu)選的，所述重金屬吸附材料的孔徑為13. 21-15. 34nm，所述重金屬吸附材料的孔容積為I. 2-1. 5立方厘米/克。優(yōu)選的，所述原料硅膠粒度為100-200目硅膠。優(yōu)選的，S4具體包括以下三個階段第一階段將pH為I. 0-5. 5的酸浸液以10_15ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以12_14ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)pH為O. 5-6. O后以15-17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。優(yōu)選的，S4具體包括以下三個階段第一階段將pH為3. 5-4. O的酸浸液以12ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以13ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)pH為3. 0-3. 5后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。以下對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步介紹本發(fā)明創(chuàng)新性的制備得到一種重金屬吸附材料，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，該重金屬吸附材料對鎳離子和亞鐵離子均具有吸附性，并且，對鎳離子的吸附活性遠(yuǎn)高于對亞鐵離子的吸附活性，針對這一特點(diǎn)，為實(shí)現(xiàn)對鎳離子和亞鐵離子的分離，發(fā)明人對使用吸附柱過柱的工藝進(jìn)行了多次試驗(yàn)，意外發(fā)現(xiàn)，通過對過柱的溫度和流速的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)較好的鎳離子和亞鐵離子的分離，并且，還能夠有效的避免亞鐵離子在分離過程中被氧化為三價(jià)鐵，因此，本發(fā)明提供的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳離子和亞鐵離子分離的方法，可以應(yīng)用于液體中微量或痕量鎳離子和亞鐵離子的分離和回收。
具體實(shí)施例方式以下對本發(fā)明提供的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法進(jìn)行詳細(xì)介紹重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例I預(yù)處理在300瓦超聲場下，用10mol/L的鹽酸溶液浸泡100目原料硅膠20小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為3 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，150°C下真空干燥8小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為5 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為5 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為4 I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)50小時；降至20°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以7V /min的速度降溫冷凍至_70°C，維持_70°C的時間為13小時；第二階段，以15°C /min的速度升溫至_15°C，維持_15°C的時間為2小時；第三階段，快速放至溫度為180°C的真空干燥箱中，干燥時間10小時即得到所述重金屬吸附材料。制得孔徑為13. 21nm、孔容積為I. 2立方厘米/克的重金屬吸附材料。重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例2預(yù)處理在200瓦超聲場下，用_20mol/L的鹽酸溶液浸泡200目原料硅膠30小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為5 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，200°C下真空干燥5小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑3-二乙三胺基丙基三甲氧基硅烷，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為3 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為7 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3 I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)30小時；降至30°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以5°C /min的速度降溫冷凍至_50°C，維持_50°C的時間為10小時；第二階段，以20°C /min的速度升溫至_20°C，維持_20°C的時間為3小時；第三階段，快速放至溫度為170°C的真空干燥箱中，干燥時間13小時即得到所述重金屬吸附材料。制得孔徑為15. 34nm、孔容積為I. 5立方厘米/克的重金屬吸附材料。 重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例3預(yù)處理在250瓦超聲場下，用15mol/L的鹽酸溶液浸泡150目原料娃膠25小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為4 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，160°C下真空干燥5小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑3-二乙三胺基丙基三甲氧基硅烷，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為4 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為7 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3 I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)30小時；降至20°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以7V /min的速度降溫冷凍至_60°C，維持_60°C的時間為11小時；第二階段，以17°C /min的速度升溫至_17°C，維持_17°C的時間為2. 5小時；第三階段，快速放至溫度為175°C的真空干燥箱中，干燥時間11小時即得到所述重金屬吸附材料。制得孔徑為14. 56nm、孔容積為I. 3立方厘米/克的重金屬吸附材料。重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例4預(yù)處理在270瓦超聲場下，用19mol/L的鹽酸溶液浸泡150目原料硅膠22小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為3. 5 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，160°C下真空干燥7小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為4. 5 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為6 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3. 4 I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)35小時；降至25°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以5.6°C /min的速度降溫冷凍至_65°C，維持_65°C的時間為12小時；第二階段，以17°C /min的速度升溫至_16°C，維持_16°C的時間為2. 7小時；第三階段，快速放至溫度為173°C的真空干燥箱中，干燥時間12小時即得到所述重金屬吸附材料。制得孔徑為13. 25nm、孔容積為I. 4立方厘米/克的重金屬吸附材料。重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例5預(yù)處理在270瓦超聲場下，用12mol/L的鹽酸溶液浸泡120目原料硅膠14小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為4. I I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性， 140°C下真空干燥6小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑3-二乙三胺基丙基三甲氧基硅烷，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為4. 6 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為6. I : I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3. 7 I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)47小時；降至26°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以6°C /min的速度降溫冷凍至_55°C，維持_55°C的時間為11小時；第二階段，以16°C /min的速度升溫至_17°C，維持_17°C的時間為2. 7小時；第三階段，快速放至溫度為172°C的真空干燥箱中，干燥時間12小時即得到所述重金屬吸附材料。制得孔徑為13. 79nm、孔容積為I. 4立方厘米/克的重金屬吸附材料。重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例6預(yù)處理在230瓦超聲場下，用14mol/L的鹽酸溶液浸泡180目原料硅膠20_30小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為4 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，180°C下真空干燥6小時，得到活化硅膠；硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為3 I ;向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為7 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3 I ；將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)48小時；降至27°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以5.8°C /min的速度降溫冷凍至_60°C，維持_60°C的時間為12小時；第二階段，以18°C /min的速度升溫至_19°C，維持_19°C的時間為2. 7小時；
第三階段，快速放至溫度為176°C的真空干燥箱中，干燥時間12小時即得到所述重金屬吸附材料。制得孔徑為15. 12nm、孔容積為I. 4立方厘米/克的重金屬吸附材料。鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法實(shí)驗(yàn)例I本實(shí)驗(yàn)例采用重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例I制備得到的重金屬吸附材料。SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為3. 7，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；
S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在25°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為3. 7的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為3. 5后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；其中，具體包括以下三個階段第一階段將pH為3. 7的酸浸液以15ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以12ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的亞鐵溶液調(diào)pH為3. 5后以17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為22%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液濃縮后通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過純水沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。制備得到的鎳粉中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 998%,亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 002%。鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法實(shí)驗(yàn)例2本實(shí)驗(yàn)例采用重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例5制備得到的重金屬吸附材料。SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為5. 5，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在40°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為5. 5的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為I. 2后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；其中，具體包括以下三個階段第一階段將pH為5. 5的酸浸液以13ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以13ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；
經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的亞鐵溶液調(diào)pH為I. 2后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液濃縮后通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過純水沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。制備得到的鎳粉中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 999%,亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 001%。鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法實(shí)驗(yàn)例3本實(shí)驗(yàn)例采用重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例4制備得到的重金屬吸附材料。SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為2. 0，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在35°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為2. O的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)pH為6. O后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；其中，具體包括以下三個階段第一階段將pH為2. O的酸浸液以llml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以12ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；
經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的亞鐵溶液調(diào)pH為6. O后以15ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為29%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液濃縮后通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過純水沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。制備得到的鎳粉中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 999%,亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 001%。 鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法實(shí)驗(yàn)例4本實(shí)驗(yàn)例采用重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例6制備得到的重金屬吸附材料。SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為I. 2，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在28°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為I. 2的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為O. 5后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；其中，具體包括以下三個階段第一階段將pH為I. 2的酸浸液以llml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以13ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的亞鐵溶液調(diào)pH為O. 5后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為24%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液濃縮后通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過純水沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。制備得到的鎳粉中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 998%,亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 002%。鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法實(shí)驗(yàn)例5本實(shí)驗(yàn)例采用重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例2制備得到的重金屬吸附材料。SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的 各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為4. 7，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在38°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為4. 7的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為5. 2后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；其中，具體包括以下三個階段第一階段將pH為4. 7的酸浸液以12ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以14ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的亞鐵溶液調(diào)pH為5. 2后以17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液濃縮后通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過純水沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。制備得到的鎳粉中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 999%,亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 001%。鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法實(shí)驗(yàn)例6本實(shí)驗(yàn)例采用重金屬吸附材料制備方法實(shí)施例3制備得到的重金屬吸附材料。SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為5. 2，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在38°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為5. 2的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為4. 3后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子；其中，具體包括以下三個階段第一階段將pH為5. 2的酸浸液以10ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和；第二階段將酸浸液以14ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代；
經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的亞鐵溶液調(diào)pH為4. 3后以15ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液濃縮后通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過純水沖洗處理后恢復(fù)吸附性能；將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。制備得到的鎳粉中鎳質(zhì)量分?jǐn)?shù)為99. 998%,亞鐵質(zhì)量分?jǐn)?shù)為O. 002%。試驗(yàn)例I本試驗(yàn)例用于測試重金屬吸附材料對鎳和亞鐵的吸附性能，具體包括pH對吸附量的影響和溫度對吸附量的影響。實(shí)驗(yàn)方法配制濃度為O. 02mol/L的鎳離子溶液，利用酸度計(jì)調(diào)節(jié)鎳離子溶液的pH ;將調(diào)好pH的溶液50ml置于裝有Ig重金屬吸附材料的廣口瓶內(nèi)，將廣口瓶放在25°C的恒溫水浴中36小時，取出過濾，測定濾液中鎳離子的濃度。根據(jù)公式(一)計(jì)算吸附量；Q= (Ctl-C) *V/m其中，Q為吸附量(mmol/g) Ktl為吸附前鎳離子濃度(mol/L) ;C為吸附后鎳離子濃度(mol/L) ;V為溶液的體積(ml) ;m為重金屬吸附材料的質(zhì)量(g)。對亞鐵的實(shí)驗(yàn)方法與上述對鎳的實(shí)驗(yàn)方法相同。(I) pH對吸附量的影響實(shí)驗(yàn)改變上述實(shí)驗(yàn)方法的pH，分別對鎳離子和對亞鐵離子進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表I。表I
鎮(zhèn)吸附量(minol/g)亞鐵吸附量(nunol/g)
pH = I. O0 230ΤΤ權(quán)利要求
1.一種通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，包括以下步驟 SI，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成； S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為I. 0-5. 5，得到酸浸液； S3，將所述酸浸液注入SI操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備； S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液在25-40°C下進(jìn)行分離富集提純，具體包括將pH為I. 0-5. 5的所述酸浸液泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口 ；所述第一吸附柱吸附富集所述酸浸液中的鎳離子；從所述第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為O. 5-6. O后泵入所述第二吸附柱的進(jìn)液口，所述第二吸附柱吸附富集所述酸浸液中的亞鐵離子； S5，將質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-30%的硫酸分別沖洗所述第一吸附柱和所述第二吸附柱；所述第一吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含鎳離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料；所述第二吸附柱內(nèi)的所述重金屬吸附材料進(jìn)行解吸操作，經(jīng)解吸操作后得到含亞鐵離子解吸液和被解吸的所述重金屬吸附材料； S6，將S5得到的所述含鎳離子解吸液通過直接電積設(shè)備進(jìn)行電積操作，得到鎳金屬板或鎳金屬粉；同時，第一吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能； 將S5得到的所述含亞鐵離子解吸液濃縮后制成鐵鹽；同時，第二吸附柱內(nèi)的被解吸的所述重金屬吸附材料經(jīng)過沖洗處理后恢復(fù)吸附性能。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，所述重金屬吸附材料通過以下方法配制 預(yù)處理在超聲場下，用10-20mol/L的鹽酸溶液浸泡原料硅膠20-30小時，其中，原料硅膠與鹽酸溶液的質(zhì)量比為3-5 I ;然后過濾，濾去酸液，濾餅洗滌至中性，150-200°C下真空干燥5-8小時，得到活化硅膠； 硅膠鍵合反應(yīng)向反應(yīng)容器中加入無水甲苯溶液以及硅烷化試劑，攪拌使硅烷化試劑溶解在無水甲苯溶液中，得到第一溶液，其中，硅烷化試劑與甲苯溶液的質(zhì)量比為3-5 I ；向活化硅膠中加入無水DMF，攪拌使混合均勻，得到第二溶液，其中，活化硅膠與DMF的質(zhì)量比為5-7 I ;硅烷化試劑與活化硅膠質(zhì)量比為3-4 : I ； 將第一溶液流加到回流狀態(tài)的第二溶液中，流加完畢后，繼續(xù)回流反應(yīng)30-50小時；降至20-30°C后過濾反應(yīng)液，濾餅依次用甲醇和甲苯洗滌，然后真空干燥，得到所述重金屬吸附材料。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，所述超聲場的功率為200-300瓦； 硅膠鍵合反應(yīng)中的所述真空干燥具體包括以下三個階段 第一階段將用甲醇和甲苯洗滌后的濾餅放入冷凍干燥箱中，以5-7°C /min的速度降溫冷凍至-70—50°C，維持-70—50°C的時間為10-13小時； 第二階段，以15-20°C /min的速度升溫至_20—15°C，維持_20—15°C的時間為2-3小時； 第三階段，快速放至溫度為170-180°C的真空干燥箱中，干燥時間10-13小時即得到所述重金屬吸附材料。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，所述硅烷化試劑為3-乙二胺基丙基三甲氧基硅烷或3- 二乙三胺基丙基三甲氧基娃燒。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，所述重金屬吸附材料的孔徑為13. 21-15. 34nm，所述重金屬吸附材料的孔容積為I. 2-1. 5立方厘米/克。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，所述原料硅膠粒度為100-200目硅膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，S4具體包括以下三個階段 第一階段將PH為I. 0-5. 5的酸浸液以10-15ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和； 第二階段將酸浸液以12-14ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代； 經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為O. 5-6. O后以15-17ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，其特征在于，S4具體包括以下三個階段 第一階段將PH為3. 5-4. O的酸浸液以12ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，由第一吸附柱同時吸附鎳離子和亞鐵離子，直到第一吸附柱對鎳離子吸附飽和； 第二階段將酸浸液以13ml/min的速率泵入所述連續(xù)吸附交換設(shè)備的進(jìn)液口，第一吸附柱不斷吸附鎳離子，并且，新吸附的鎳離子取代原吸附的亞鐵離子，直到第一吸附柱吸附的亞鐵離子完全被鎳離子取代； 經(jīng)第二階段處理后，由第一吸附柱出液口流出的液體調(diào)PH為3. 0-3. 5后以16ml/min的速率泵入第二吸附柱，由第二吸附柱吸附亞鐵離子。
全文摘要
本發(fā)明提供一種通過重金屬吸附材料實(shí)現(xiàn)鎳和亞鐵分離、富集、提純的方法，包括以下步驟S1，向連續(xù)吸附交換設(shè)備的各個吸附柱中分別填充重金屬吸附材料；其中，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備由第一吸附柱與第二吸附柱串聯(lián)組成；S2，調(diào)整含有鎳離子和亞鐵離子的待處理液的pH為1.0-5.5，得到酸浸液；S3，將所述酸浸液注入S1操作后的所述連續(xù)吸附交換設(shè)備；S4，所述連續(xù)吸附交換設(shè)備對所述酸浸液進(jìn)行分離富集提純。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，通過對處理液的溫度和流速的精確控制，可以實(shí)現(xiàn)較好的鎳離子和亞鐵離子的分離，因此，本發(fā)明提供的通過重金屬吸附材料和連續(xù)吸附交換設(shè)備實(shí)現(xiàn)鎳離子和亞鐵離子分離、富集、提純的方法，可以應(yīng)用于液體中微量或痕量鎳離子和亞鐵離子的分離和回收。
文檔編號C22B7/00GK102872807SQ20121034461
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月17日
發(fā)明者邱建寧, 徐純理 申請人:工信華鑫科技有限公司