除去鈷或鎳離子水溶液中鐵離子的吸附分離方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種除去鈷或鎳水溶液中鐵雜質(zhì)的吸附分離方法，以碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為吸附劑，選擇性地除去溶液中的三價鐵離子；所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為聚苯乙烯磺酸鈉纏繞在碳納米管的管壁上形成的穩(wěn)定的納米復(fù)合材料；所述溶液為Co2+/Fe3+水溶液、Ni2+/Fe3+水溶液、或Co2+/Ni2+/Fe3+水溶液之任何一種。本發(fā)明采用碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為吸附劑，實現(xiàn)對Fe3+的選擇性吸附，操作簡便，鈷鎳損失少，對環(huán)境無污染。
【專利說明】除去鈷或鎳離子水溶液中鐵離子的吸附分離方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于有價金屬的分離純化【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種除去鈷或鎳離子水溶液中三價鐵離子的吸附分離方法，以及將碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料作為選擇性吸附劑的應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002]鐵、鈷和鎳是元素周期表中相鄰的三種元素，物理化學(xué)性質(zhì)相近，在自然界中共生、伴生。例如，在鈷、鎳礦的濕法冶金的過程中，大量的鐵雜質(zhì)會隨鈷和鎳一起浸出。選擇性地除去Co2+或Ni2+水溶液中的Fe3+ —直是個難點。
[0003]目前，除去Co2+或Ni2+水溶液中的Fe3+主要有兩種方法:化學(xué)沉淀法和溶劑萃取法?；瘜W(xué)沉淀法是通過控制溶液的酸堿度來選擇性的沉淀Fe3+，可是生成的Fe (OH) 3在溶液中通常以膠體狀態(tài)存在，不能徹底從溶液中分離，導(dǎo)致去除率低。溶劑萃取法是利用萃取劑將Fe3+從Co2+或Ni2+的水溶液中轉(zhuǎn)移到有機相中。選擇合適的萃取劑能達(dá)到高的除鐵率，可是分離過程中產(chǎn)生大量有機相廢液，污染環(huán)境。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種去除率高、不產(chǎn)生污染物、便于操作的選擇性除去鐵離子的吸附分離方法。
[0005]本發(fā)明首次提出了一種利用碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料作為吸附劑、選擇性地除去鈷離子或鎳離子水溶液中的三價鐵離子雜質(zhì)的吸附分離方法。本發(fā)明提出了一種以碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為吸附劑，選擇性地除去溶液中的三價鐵離子；所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為聚苯乙烯磺酸鈉纏繞在碳納米管的管壁上形成的穩(wěn)定的納米復(fù)合材料；所述溶液為Co2+ZFe3+水溶液、Ni2+/Fe3+水溶液、或C02+/Ni27Fe3+水溶液之任何一種。
[0006]本發(fā)明吸附分離方法，包括如下步驟:(1)調(diào)節(jié)含三價鐵的鈷離子或鎳離子水溶液的pH為1.0?2.0 ; (2)金屬離子水溶液中投入足量的碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料；(3)吸附一定時間后固液分離。
[0007]本發(fā)明吸附分離方法中，作為吸附劑的所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料是通過以下制備方法得到:將碳納米管在鹽酸溶液中加熱攪拌以除去碳納米管中的金屬雜質(zhì)，純化后的碳納米管在聚苯乙烯磺酸鈉的水溶液中超聲分散，然后加熱攪拌，過濾洗滌烘干。
[0008]本發(fā)明吸附分離方法中，在吸附分離之前，將所述金屬鈷離子或鎳離子水溶液的pH調(diào)至1.0?2.0，然后，將所述吸附劑投入其中，吸附之后固液分離，分離去除鐵離子，從而得到除去鐵離子的高純度的鈷或鎳離子水溶液。
[0009]本發(fā)明吸附分離方法中，碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料作為選擇性吸附齊U，可選擇性吸附Fe3+、Co2+、Ni2+混合液中的Fe3+。主要利用了在強酸性條件下磺酸基和不同種金屬離子親和力的差異，與Fe3+的親和力顯著強于Co2+和Ni2+。碳納米管一方面為活性位點磺酸基提供了納米尺度的載體，有利于金屬離子與磺酸基的相互作用，另一方面在吸附之后使吸附劑從溶液中分離。
[0010]本發(fā)明吸附分離方法中，吸附劑碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料是通過以下制備方法獲得的:
[0011](I)將碳納米管在鹽酸溶液中加熱攪拌，以除去碳納米管中的金屬雜質(zhì)；
[0012](2)上述產(chǎn)物在聚苯乙烯磺酸鈉的水溶液中超聲攪拌，所得的黑色分散液加熱攪拌，過濾洗滌并烘干，得到碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合吸附劑。
[0013]本發(fā)明吸附分離方法中，以碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為吸附劑，除去Co2+或Ni2+溶液中的Fe3+時，首先調(diào)節(jié)金屬離子混合液的為pH為1.0?2.0，然后投入足量的吸附劑，吸附后固液分離，得到除去鐵離子的高純度的鈷離子或鎳離子水溶液。
[0014]本發(fā)明吸附分離方法中，金屬離子混合水溶液可以是Co2YFe3+混合水溶液、Ni2+/Fe3+混合水溶液、或Co27Ni27Fe3+混合水溶液中的任何一種。
[0015]本發(fā)明吸附分離方法中，進一步地，在吸附分離時對吸附劑預(yù)先超聲分散，吸附效果更佳。一個具體實施方案中，可以將吸附劑直接超聲分散在金屬離子混合水溶液中，還可以將吸附劑在去離子水中超聲得到的分散液添加到金屬離子混合水溶液中。
[0016]本發(fā)明吸附分離方法中，分散的吸附劑碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉會在吸附過程中自發(fā)團聚沉淀，吸附后可方便從溶液中分離。
[0017]本發(fā)明還提出將碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料用作為選擇性吸附劑的應(yīng)用。
[0018]本發(fā)明還提出了一種Fe3+選擇性吸附劑，即為碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料，是聚苯乙烯磺酸鈉纏繞在碳納米管的管壁上形成的穩(wěn)定的納米復(fù)合材料。
[0019]本發(fā)明首次提出了將碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料用于選擇性吸附溶液中的Fe3+的應(yīng)用。所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為聚苯乙烯磺酸鈉纏繞在碳納米管的管壁上形成的穩(wěn)定的納米復(fù)合材料。所述溶液為Co2YFe3+水溶液、Ni2+/Fe3+水溶液、或C02+/Ni27Fe3+水溶液之任何一種。
[0020]本發(fā)明首次公開了將碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料用作吸附劑，實現(xiàn)對Fe3+的選擇性吸附，其有益效果還包括:制備吸附劑的原料簡單，制備過程簡便，對環(huán)境無污染，能大批量規(guī)?；圃欤晃椒蛛x過程中化學(xué)藥劑用量少，對環(huán)境無污染。本發(fā)明研究實驗表明，該吸附劑可選擇性地除去Co2+或Ni2+溶液中的Fe3+，且基本沒有鈷鎳損失。

【具體實施方式】
[0021]結(jié)合以下具體實施例，對本發(fā)明作進一步的詳細(xì)說明，本發(fā)明的保護內(nèi)容不局限于以下實施例。在不背離發(fā)明構(gòu)思的精神和范圍下，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠想到的變化和優(yōu)點都被包括在本發(fā)明中，并且以所附的權(quán)利要求書為保護范圍。實施本發(fā)明的過程、條件、試劑、實驗方法等，除以下專門提及的內(nèi)容之外，均為本領(lǐng)域的普遍知識和公知常識，本發(fā)明沒有特別限制內(nèi)容。
[0022]實施例1
[0023]吸附劑的制備:lg碳納米管(多壁,平均管徑15nm)投入到400mL6mol/L的鹽酸溶液中，于100°c油浴中加熱攪拌6個小時，自然冷卻至室溫，然后離心，并用大量去離子水離心洗滌至中性,將產(chǎn)物60°C烘干12個小時，得到純化的碳納米管。0.2g純化的碳納米管在200mLlwt%的聚苯乙烯磺酸鈉(分子量70000)水溶液中超聲分散,直至看不到懸浮顆粒物，然后將黑色的分散液50°C攪拌15個小時，冷卻，用孔徑為0.22 μ m醋酸纖維素酯膜抽濾黑色分散液，并用大量去離子水洗滌，濾質(zhì)于60°C下烘干12個小時，得到聚苯乙烯磺酸鈉高分子鏈纏繞的碳納米管，即碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合吸附劑。
[0024]實施例2
[0025]Co2VNi2VFe3+混合液中Fe3+的去除:配置20mL的Co2+/Ni27Fe3+離子混合液，各離子的濃度為Fe3+ = 1ppm, Co2+ = Ni2+ = 10ppm,使用稀鹽酸和氫氧化鈉溶液調(diào)節(jié)溶液的pH為1.3。取10mg吸附劑，投入到混合液中，超聲分散2min，然后常溫下吸附5h。對混合液過濾，得到除雜后混合液，使用電感耦合等離子體發(fā)射光譜測量三種元素的濃度，反復(fù)實驗得到如下結(jié)果:Fe3+ < lppm, Co2+ > 99ppm, Ni2+ > 99ppm。
【權(quán)利要求】
1.一種除去溶液中鐵離子的吸附分離方法，其特征在于，以碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為吸附劑，選擇性地除去溶液中的三價鐵離子；所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為聚苯乙烯磺酸鈉纏繞在碳納米管的管壁上形成的穩(wěn)定的納米復(fù)合材料；所述溶液為Co27Fe3+水溶液、Ni2+/Fe3+水溶液、或C02+/Ni27Fe3+水溶液之任何一種。
2.如權(quán)利要求1所述的吸附分離方法，其特征在于，在吸附分離之前，將所述鈷離子或鎳離子水溶液的PH調(diào)至1.0?2.0，將所述吸附劑投入其中，吸附之后固液分離，可得到除去鐵離子的鈷或鎳離子水溶液。
3.如權(quán)利要求1所述的吸附分離方法，其特征在于，在吸附分離時，對吸附劑預(yù)先超聲分散。
4.如權(quán)利要求1所述的吸附分離方法，其特征在于，所述吸附劑在吸附過程中自發(fā)團聚。
5.如權(quán)利要求1所述的吸附分離方法，其特征在于，所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料通過以下制備方法得到:將碳納米管在鹽酸溶液中加熱攪拌以除去碳納米管中的金屬雜質(zhì)，純化后的碳納米管在聚苯乙烯磺酸鈉的水溶液中超聲分散，然后加熱攪拌，過濾洗漆烘干。
6.碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料在選擇性吸附溶液中的Fe3+的應(yīng)用，其特征在于，所述碳納米管/聚苯乙烯磺酸鈉復(fù)合材料為聚苯乙烯磺酸鈉纏繞在碳納米管的管壁上形成的穩(wěn)定的納米復(fù)合材料；所述溶液為Co2+ZFe3+水溶液、Ni2VFe3+水溶液、或C02+/Ni2+/Fe3+水溶液之任何一種。
【文檔編號】B01J20/26GK104147810SQ201410374407
【公開日】2014年11月19日 申請日期:2014年7月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月31日
【發(fā)明者】徐學(xué)誠, 張召陽 申請人:華東師范大學(xué)