離子吸附劑技術在銫離子吸附提取中的應用和研究進展

李生芳

（青海柴達木職業技術學院，青海德令哈 817000）

銫屬于周期表第IA主族，因其熔點低，高度的柔軟性和可塑性，獨特的光電效應而廣泛應用于電子器件、特種玻璃、催化劑、生物工程、醫藥以及其他特殊領域。我國的鋰云母和鹽湖鹵水中含有大量的銫資源，占總儲量的90%左右。尤其是青海、西藏地區的含銫鹽湖鹵水是提取銫的優質資源[1]。

目前，從鹽湖鹵水中提取銫離子的方法有萃取法、沉淀法和離子交換法[2]。其中，溶劑萃取法需要銫濃度較高的料液，操作煩瑣，需要進行多次萃取和反萃取，萃取劑流失量大，環境污染嚴重[3]。鹽湖鹵水中銫含量很低，因此采用沉淀法提取不夠經濟，而離子交換法對低濃度溶液具有較好的分離和富集效果，污染小，操作簡單，可連續操作，易實現工業化，可有效從鹵水中分離提取銫[4]。

離子交換法廣泛應用于液相體系中銫的分離提取。常見的交換吸附劑可分為無機離子吸附劑和離子印跡聚合物，其中離子印跡聚合物具有較高的吸附選擇性。本文主要就這兩類吸附交換材料在銫提取中的研究進展進行論述。

1 離子交換劑

常見的離子交換劑有沸石、多價金屬酸性鹽、雜多酸、鐵氰化物或亞鐵氰化物、硅鈦化合物等，它們具有較大的孔體積和比表面積，且由于其孔徑與銫離子直徑相匹配，銫離子可與某些+1價陽離子發生離子交換，從而被吸附于吸附劑上而富集。

1.1 合成沸石

研究發現，合成鈉云母、層狀錳的氧化物對銫的吸附性能比膨潤土、蒙脫石要好，但經濟成本較高[5-6]。然而合成沸石對銫有良好的吸附性能。EL-KAMASH[7]研究了A沸石分子篩對銫的吸附性能，結果表明，在25 ℃，pH=6條件下，吸附3 h即可達到平衡，最大吸附量為207.47 mg/g。SUN等[8]以天然礦泥為起始原料，合成了AMP/MCM-41沸石分子篩，并研究了其對銫的吸附性能，結果發現在25 ℃條件下，7～12 h可達到吸附平衡，平衡吸附量為73.9 mg/g。

1.2 多價金屬酸性鹽

WU等[9]制備了鎢酸銨-海藻酸鈣微囊，研究其對銫的吸附行為。結果發現最大吸附量為0.34 mmol/g，對高放廢液中銫的去除率可達99.4%。文獻[10]報道了靜電磷鉬酸銨/聚丙烯腈納米纖維對銫的吸附性能研究，結果表明，在25 ℃，pH=5條件下，5 h即可達到吸附平衡，最大吸附量為52.2 mg/g。經5次吸附—解吸后，吸附劑對銫仍有很大的吸附性（損失率僅為9%），可實現循環使用。

1.3 雜多酸

張惠源等[11]合成了6種焦磷雜多酸鹽，對銫的吸附性能良好，中性條件下的銫離子交換容量可達1.5～3.0 mmol/g干交換劑。此后，王學思等[12]采用溶膠-凝膠法合成了焦磷鋯鈦化合物，該吸附劑的吸附容量隨銫離子濃度的增大而增大，最大吸附量可達1.4 mmol/g；在不同酸度下，其對銫離子的吸附能力幾乎保持不變，且競爭性離子對銫離子的吸附過程影響很小，可用于復雜離子溶液體系。

1.4 亞鐵氰化物

張佳鑫等[13]以四氯化鈦、亞鐵氰化鉀為原料，合成了一種球形吸附劑。結果發現在含銫離子濃度為5 mg/L的模擬低放廢液中，吸附平衡的時間為6～8 h，靜態吸附容量為0.048 mmol/g。杜志輝等[14]將聚丙烯腈作為基體，將對銫選擇性較高的亞鐵氰化鉀鈷和亞鐵氰化鉀鈦作為活性成分，制成復合球形吸附劑，二者對銫離子的飽和吸附量分別可達128.37 mg/g、278.55 mg/g。

1.5 硅鈦化合物

鈦硅酸鹽含有的孔道與銫離子的幾何參數相匹配，因此其對銫具有很好的吸附性，是在中性及堿性環境中選擇性吸附銫的優良材料[15]。LI等[16]以鈦酸鉀硅酸為吸附活性成分，海藻酸鈣為載體，成功合成出復合球型吸附劑，并研究了該吸附劑對溶液及模擬鹵水中銫的吸附性能。結果表明，在pH=3～12，吸附平衡時間為24 h時，吸附劑對銫的吸附量為1.47 mmol/g。杜曉燕等[17]用水熱合成法合成了鈦硅酸鈉無機離子交換材料。在30 ℃，22 h后基本達到平衡，1 mol/L的H+環境下，鈦硅酸鈉對銫離子的靜態飽和吸附容量為1.74 mmol/g。張繼榮等[18]采用水熱法合成出一種新型的結晶水合鈦硅酸鹽，在pH=3時，其對銫離子的最大交換量可達1.6 mmol/g。黃玉婷等[19]用活化后的三鈦酸鈉晶須考察了對銫的吸附行為。結果表明，在pH=5.0時，銫離子的最大飽和吸附容量為39.9 mg/g。

2 離子印跡聚合物

采用無機吸附劑/交換劑時，鹽湖鹵水中銫與其他金屬離子（如鈉、鉀、鋰和鎂等）共存，增加了提取的難度，無機離子吸附劑對銫的選擇性不高，對其他金屬離子也有一定的吸附作用。離子印跡聚合物的出現提高了吸附的選擇性，引起了廣泛研究[5]。

離子印跡技術是分子印跡技術的分支，是以陰、陽離子為模板離子（目標離子），通過靜電、配位、螯合等作用與功能單體相互作用，交聯聚合后去除模板離子便獲得了具有特定基團排列、固定空穴大小和形狀的印跡聚合物，形成的孔穴對目標離子具有特異選擇性。離子印跡技術越來越多地被應用于金屬離子的分離、富集[20]。

ZHANG等[21]采用表面印跡技術，合成了以銫離子為模板離子，以三鈦酸鈉為載體的銫離子印跡聚合物，并將其用于選擇性吸附溶液中的銫。在pH=6，接觸時間為2 h時，該聚合物對銫離子的最大吸附容量為32.88 mg/g。競爭性吸附實驗表明，該吸附劑對銫離子具有很好的選擇性。同時，該離子印跡聚合物可多次循環使用。

MENG等[22]以銫離子為模板劑，SBA-15為載體，采用表面印跡技術合成了銫離子印跡聚合物。在25 ℃，pH=6條件下，最大吸附量為54.54 mg/g，是非印跡聚合物（不含模板劑，其他相同）吸附量的2倍，能有效去除溶液中的銫離子，回收率為92%。

3 結語

無機離子吸附劑因其分子孔徑與銫離子直徑相匹配發生離子交換，從而進行銫的吸附分離。但在實際應用中，存在與銫離子直徑相差不大的離子導致吸附劑對銫離子的吸附量減少的現象。離子印跡聚合物因其對模板離子獨特的記憶識別性能而對銫具有良好的吸附選擇性能，有望得到更廣泛的使用。