專利名稱：一種用于金屬離子分離的膽體及其制備方法
技術領域：
本發明涉及金屬離子分離材料的技術領域，具體地說是利用金屬 離子的特性，設計出一種采用吸附或離子交換原理提取金屬離子的金 屬離子分離膽體及其制備方法，尤其涉及其中的膽體材料的處理方法。
背景技術：
目前世界各國均在探索新的吸附分離材料，從富含金屬、堿金屬、 堿土金屬等離子液中直接分離提取單一高純金屬離子。但是現有的吸 附分離材料，有機離子交換樹脂和無機離子交換與吸附劑，在功能、 效率、成本及工業化生產，均無法達到要求。
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于金屬離子分離的膽體及其制備 方法，該膽體具有較好的吸附選擇性、交換速度較快、吸附容量比較 大的特點。
本發明的技術方案是這樣實現的 一種用于金屬離子分離的膽 體，其特征在于所述的膽體由高分子樹脂、活性炭及沸石組成，它 們的重量百分比為，高分子樹脂50-100%、活性炭0-25%、沸石0-25%，
高分子樹脂、活性炭、沸石均經處理，高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧 樹脂、及醯胺共聚樹脂中的任意一種。
一種用于金屬離子分離的膽體制備方法，其特征在于所述的膽 體制備方法包括以下步驟
a、將活性碳、沸石分別進行350 —55(TC的加熱處理，加熱時間 為5—20小時形成具有多孔隙或多不規則表面結構的高表面積膽體 材料；b、將不溶于水的高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺 共聚樹脂，分別將其加熱至45 —135°C、加熱時間為1一48小時，然 后用0.1M—0.5M稀釋之硝酸、及0.1M—0.5M稀釋之塩酸依0—10: I一IO之體積比例混合而成之混合酸進行沖洗處理，使髙分子樹脂材 料形成具有多孔隙或多不規則表面結構的高表面積膽體材料；c、將 沖洗處理后的高表面積膽體材料高分子樹脂、加熱處理后的高表面積 膽體材料活性炭及沸石分別各自與有機溶劑進行攪拌混合，分別分散
在有機溶劑液間形成非極性有機相；d、將極性液相加入各自形成的 非極性有機相中分別進行混合加熱反應，加熱溫度為50—135。C、時 間1一26小時，分別處理成有機或無機的高表面積材料；e、將加熱 反應后分別處理成的有機或無機的高表面積材料分別采用水或甲醇，在10 6(TC進行清洗；f、將分別清洗后的有機或無機的高表面積材料分別采用熱風進行干燥，干燥溫度為40 — 80。C，干燥時間為1-24 小時；g、然后依重量百分比為，高表面積材料高分子樹脂50-100%、 活性炭0-25%、沸石0-25%的比例在基體內進行充填，即可生產出金 屬離子分離膽體。簡而言之本發明將活性碳、沸石、不溶于水之髙分子樹脂處理成 高表面積膽體材料，分別分散在有機溶劑液間形成一非極性有機相， 并與包括具備可加成反應之官能基、醇類化合物及水所組成之極性液 相產生混合加熱反應。將反應后材料清洗、干燥，選擇所需特性材料 依比例混合，即可產生新穎之金屬離子分離膽體。本發明解決了無機離子交換與吸附劑、成型困難、溶損高、流動 性差、滲透性不佳，并利用有機離子交換樹脂的特性,生產出一種新 穎金屬離子分離膽體，具有良好的吸附選擇性、交換速度快、吸附容 量大、容損小、可重復使用、成本相對低廉。
圖1為本發明流程示意2為膽體材料處理示意3為非極性有機相合成示意4為極性液相合成示意5為混合加熱反應示意圖
具體實施例方式下面結合附圖和實施例對本發明作進一步的描述。一種用于金屬離子分離的膽體，其特征在于所述的膽體由高分子樹脂、活性炭及沸石組成，它們的重量百分比為，高分子樹脂50-100%、活性炭0-25%、沸石0-25%，高分子樹脂、活性炭、沸石 均經處理，高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺共聚樹脂中任 意一種或者其中2—3種的任意組合。一種用于金屬離子分離的膽體制備方法，其特征在于所述的膽 體制備方法包括以下步驟a、將活性碳、沸石分別進行350—55(TC的加熱處理，加熱時間 為5—20小時形成具有多孔隙或多不規則表面結構的高表面積膽體 材料；b、將不溶于水的高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺 共聚樹脂，分別將其加熱至45—135T:、加熱時間為1一48小時，然 后用0.1M—0.5M稀釋之硝酸、及0.1M—0.5M稀釋之塩酸依0—10: I一IO之體積比例混合而成之混合酸進行沖洗處理，形成具有多孔隙 或多不規則表面結構的高表面積膽體材料；c、將沖洗處理后的高表 面積膽體材料高分子樹脂、加熱處理后的高表面積膽體材料活性炭及 沸石分別各自與有機溶劑進行攪拌混合，分別分散在有機溶劑液間形成非極性有機相；d、將極性液相分別加入各自形成的非極性有機相 中進行混合加熱反應，加熱溫度為50—135'C、時間1—26小時，分 別處理成有機或無機的高表面積材料；e、將加熱反應后分別處理成 的有機或無機的高表面積材料分別采用水或甲醇，在10 6(TC進行清 洗去除殘余鹽份及未反應物；f、將分別清洗后的有機或無機的高表 面積材料分別采用熱風進行干燥，干燥溫度為40 — 8(TC，干燥時間 為1-24小時；g、然后依重量百分比為，高表面積材料高分子樹脂 51-99%、活性炭1-25%、沸石1-25%的比例在基體內進行充填，即可 生產出金屬離子分離膽體。關于基體及充填均屬于現有技術，基體為 進行金屬離子分離的容器體，容器體是一種可拆、裝之密閉容器，體 積為0.001 10立方米。充填是依不同金屬溶液所需停留時間，將不 同的有機或無機的高表面積材料按上述的比例，以分層或混合均勻 之方式進行充填，充填步驟為先將容器體拆開、以一層有機高表面 積材料一層無機高表面積材料、規則排列方式裝填進入容器體，或將 有機高表面積材料及無機高表面積材料混合均勻裝填進入容器體，制成金屬離子分離月日體。開始l，先選擇制作膽體的材料2，將其分成兩大族群。以活性 碳2.11、沸石2.12為一族群及以聚酯樹脂2.21、環氧樹脂2.22、醯 胺共聚樹脂2.23為一族群。將兩大族群材料，分別處理成高表面積 膽體材料3，再分散在有機溶劑4.0液間形成一非極性有機相4;將 極性液相5:其中組成包括具備可加成反應之官能基5.1、醇類化合物 5.2、水5.3，加入非極性有機相4中持續于加熱反應6。反應后將材 料清洗7、干燥8，依所需要求將處理后之高分子樹脂材料聚酯樹 脂8.21、環氧樹脂8.22、醯胺共聚樹脂8.23，與活性碳8.11、及沸石 8.12，依50-100%: 0-25%: 0-25%重量比例積層或均勻混合方式充填9、 所形成之新穎金屬離子分離膽體。高表面積膽體材料是指該膽體材料 的總表面積/體積之比大于3倍以上，以10 2000rpm攪拌，將極性液 相加入非極性有機相中持續加熱至50 135。C、時間1 26小時。本發 明中所述的有機溶劑系指甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲基異丁 基酮、環已酮、四氫夫喃、砒啶、甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、三環 醚、四環醚及其它醚類、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、選擇其中一種 或至少兩種的任意組合。所述的極性液相由官能基、醇類化合物、水 組成，它們的摩爾比為1一10: 1—2: 0—2，將官能基、醇類化合物、 水進行混合并攪拌，攪拌時間l一30分鐘；官能基系指甲苯磺醯氯或甲基磺醯氯中的一種或兩種的隨意混合；醇類化合物系指乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、甘油醇、單元或多元醇、或多元酚類化合物 中的一種或至少兩^"的隨意混合。具體實施時，使用的攪拌設備為100 1000rpm。進行清洗時，如采用甲醇，甲醇的純度為70% 100%。本發明的創新主要是對制作膽體的有機或無機材料的處理以及 這些膽體材料適用于不同混合金屬溶液中分離濃縮金屬離子時所構 成膽體的配比，使用本發明的原理及優點是利用金屬離子間與不同的材料不同之親合性、結合性及元素分布 排序，使金屬離子液中的離子與其它種離子分離，達到有效且快速的 目的。本發明避免了無機性吸附材溶損率高、流動性差、滲透性不佳 及成型困難，與有機離子交換樹脂吸附選擇性差、交換速度慢、吸附 容量小、利用率低、成本髙等問題。更采用無機性吸附材之高濃縮性 及有機材料抗壓密性特點，重新制作出一種新穎之金屬離子分離膽下面給出具體的實施例實施例A、利用本發明制作適用在混合金屬溶液中分離濃縮銅離 子之膽體。本實施例選擇以沸石及聚酯樹脂為膽體材料，沸石先加熱至400 425。C、時間8小時，聚酯樹脂加熱至75 85。C、時間6 8小 時，然后用0.25M稀塩酸沖洗后，分散在2倍體積之甲基異丁基酮、 四氫夫喃所構成的溶劑中，構成非極性相；極性相中，以甲苯磺醯氯-為官能基，選擇戊二醇為醇基，以官能基醇基水=2: 1: 1之摩爾數比混合，加入非極性相中以200 300 rpm攪拌，持續加熱至92 98 °C、時間16 20小時形成混合加熱反應，反應后以70%純度甲醇清 洗及45。C干燥4小時后，膽體以聚酯樹脂沸石=10: l之比例混合， 形成混合金屬溶液中分離銅離子之膽體，具有一次反應可形成12 20 倍濃縮銅離子之效果。實施例B、利用本發明制作適用在含有機物之混合金屬溶液中分 離濃縮鋅、鎳離子之膽體。本實施例選擇以活性炭及醯胺共聚樹脂為 膽體材料，活性炭先加熱至525 55(TC、時間4小時備用，醯胺共聚 樹脂加熱至65 80。C、時間3 4小時，然后用一比一之0.25M稀塩 酸/稀硝酸沖洗后，分散在2.5倍體積之砒啶及三環醚所構成的溶劑 中，構成非極性相。極性相中，以甲基磺醯氯為官能基，選擇丙二醇及苯乙二醇為醇基，以官能基醇基水=2: 2: 0.5之摩爾數比混合，加入非極性相中以80 120 rpm攪拌，持續加熱至78 85°C 、時間24 26 小時形成混合加熱反應，反應后用水及甲醇(重量比l: 1)清洗及 5(TC干燥5小時后，膽體以醯胺共聚樹脂活性炭=25: 3之比例混 合，形成適用在含有機物之混合金屬溶液中分離鋅、鎳離子之膽體， 可有效減除有機性物質結合鋅、鎳離子分離時之干擾，同時可達濃縮 12倍目標離子之效果。實施例C、利用本發明制作適用在混合金屬與非金屬離子溶液 中，分離濃縮鋅、鎳離子之膽體.本實施例選擇以活性炭、沸石及聚 酯樹脂為膽體材料，活性炭先加熱至525 55(TC、沸石加熱至425 450T時間4 5小時備用,聚酯樹脂加熱至70 85°C、時間2 3小時，然 后用5: 1之0.15M稀塩酸/稀硝酸沖洗后，分散在3.5倍體積之二甲 基乙醯胺及環已酮所構成的溶劑中，構成非極性相。極性相中，以甲 苯磺醯氯為官能基，選擇丙二醇及甘油為醇基，以官能基醇基水 =2: 2: l之摩爾數比混合，加入非極性相中以100~120 rpm攪拌， 持續加熱至65 85。C、時間20 24小時形成混合加熱反應，反應后用水清洗及5(TC干燥5小時后，膽體以聚酯樹脂活性炭沸石=30: 3: 2之比例混合，形成適用在混合金屬與非金屬離子溶液中，分離濃縮鋅、鎳離子之膽體，可有效避免非金屬離子干擾鋅、鎳離子分離效果，同時可達濃縮12倍目標離子之目的。
權利要求
1、一種用于金屬離子分離的膽體，其特征在于所述的膽體由高分子樹脂、活性炭及沸石組成，它們的重量百分比為，高分子樹脂50-100％、活性炭0-25％、沸石0-25％，高分子樹脂、活性炭、沸石均經處理，高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺共聚樹脂中的任意一種。
2、 一種用于金屬離子分離的膽體，其特征在于所述的膽體由 高分子樹脂、活性炭及沸石組成，它們的重量百分比為，高分子樹脂51- 99%、活性炭1-25%、沸石1-25%，高分子樹脂、活性炭、沸石均 經處理，高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺共聚樹脂中任意 一種或者其中2_3種的任意組合。
3、 一種用于金屬離子分離的膽體制備方法，其特征在于所述的膽體制備方法包括以下步驟a、將活性碳、沸石分別進行350 — 55(TC的加熱處理，加熱時間-為5—20小時形成具有多孔隙或多不規則表面結構的高表面積膽體 材料；b、將不溶于水的高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺 共聚樹脂，分別將其加熱至45 — 135。C、加熱時間為1一48小時，然 后用0.1M—0.5M稀釋之硝酸、及0.1M—0.5M稀釋之塩酸依0—10: 1 一 10之體積比例混合而成之混合酸進行沖洗處理，使髙分子樹脂材 料形成具有多孔隙或多不規則表面結構的高表面積膽體材料；c、將 沖洗處理后的高表面積膽體材料高分子樹脂、加熱處理后的高表面積 膽體材料活性炭及沸石分別各自與有機溶劑進行攪拌混合，分別分散在有機溶劑液間形成非極性有機相；d、將極性液相加入各自形成的 非極性有機相中分別進行混合加熱反應，加熱溫度為50—135'C、時 間1一26小時，分別處理成有機或無機的高表面積材料；e、將加熱 反應后分別處理成的有機或無機的高表面積材料再分別采用水或甲 醇，在10 60。C進行清洗；f、將分別清洗后的有機或無機的高表面 積材料分別采用熱風進行干燥，干燥溫度為40 — 8(TC，干燥時間為 1-24小時；g、然后依重量百分比為，高表面積材料高分子樹脂 50-100%、活性炭0-25%、沸石0-25%的比例在基體內進行充填，艮口 可生產出金屬離子分離膽體。
4、 一種用于金屬離子分離的膽體制備方法，其特征在于所述 的膽體制備方法包括以下步驟a、將活性碳、沸石分別進行350 — 550。C的加熱處理，加熱時間為5_20小時形成具有多孔隙或多不規 則表面結構的高表面積膽體材料；b、將不溶于水的高分子樹脂為聚 酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺共聚樹脂，分別將其加熱至45 — 135X:、加熱時間為1一48小時，然后用0.1M—0.5M稀釋之硝酸、及0.1M 一0.5M稀釋之塩酸依0—10:1 — 10之體積比例混合而成之混合酸進 行沖洗處理，形成具有多孔隙或多不規則表面結構的高表面積膽體材 料；c、將沖洗處理后的高表面積膽體材料高分子樹脂、加熱處理后 的高表面積膽體材料活性炭及沸石分別各自與有機溶劑進行攪拌混 合，分別分散在有機溶劑液間形成非極性有機相；d、將極性液相分 別加入各自形成的非極性有機相中進行混合加熱反應，加熱溫度為 50—135。C、時間1一26小時，分別處理成有機或無機的高表面積材 料；e、將加熱反應后分別處理成的有機或無機的高表面積材料分別 采用水或甲醇，在10 6(TC進行清洗去除殘余鹽份及未反應物；f、 將分別清洗后的有機或無機的高表面積材料分別采用熱風進行干燥， 干燥溫度為40 — 8(TC，干燥時間為1-24小時；g、然后依重量百分 比為，高表面積材料高分子樹脂51-99%、活性炭1-25%、沸石1-25% 的比例，在基體內進行充填，即可生產出金屬離子分離膽體。
5、按權利要求3或4所述的一種用于金屬離子分離的膽體制備方 法，其特征在于所述的有機溶劑系指甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙* 酯、甲基異丁基酮、環已酮、四氫夫喃、砒啶、甲基甲醯胺、二甲基 乙醯胺、三環醚、四環醚及其它醚類、二氯甲垸、二氯乙烷、氯仿、 選擇其中一種或至少兩種的任意組合。
6、按權利要求3或4所述的一種用于金屬離子分離的膽體制備方 法，其特征在于所述的極性液相由官能基、醇類化合物、水組成，它們的摩爾比為1一10: 1 — 2: 0 — 2，將官能基、醇類化合物、水進 行混合并攪拌，攪拌時間1一30分鐘；官能基系指甲苯磺醯氯或甲基 磺醯氯中的一種或兩種的隨意混合；醇類化合物系指乙二醇、丙二醇、 丁二醇、戊二醇、甘油醇中的一種或至少兩種的隨意混合。
7、按權利要求3或4所述的一種用于金屬離子分離的膽體制備方 法，其特征在于所述的極性液相由官能基、醇類化合物、水組成， 它們的摩爾比為1一10: l—2: 0 — 2，將官能基、醇類化合物、水進 行混合并攪拌，攪拌時間1一30分鐘；官能基系指甲苯磺醯氯或甲基 磺醯氯中的一種或兩種的隨意混合；醇類化合物系指單元或多元醇、 或多元酚類化合物中的一種或至少兩種的隨意混合。
全文摘要
本發明涉及一種用于金屬離子分離的膽體，其特征在于所述的膽體由高分子樹脂、活性炭及沸石組成，它們的重量百分比為，高分子樹脂50-100％、活性炭0-25％、沸石0-25％，高分子樹脂、活性炭、沸石均經處理，高分子樹脂為聚酯樹脂、環氧樹脂、及醯胺共聚樹脂中的任意一種。本發明解決了無機離子交換與吸附劑、成型困難、溶損高、流動性差、滲透性不佳，并利用有機離子交換樹脂的特性，生產出一種新穎金屬離子分離膽體，具有良好的吸附選擇性、交換速度快、吸附容量大、容損小、可重復使用、成本相對低廉。
文檔編號B01J20/22GK101607191SQ200810039159
公開日2009年12月23日 申請日期2008年6月18日 優先權日2008年6月18日
發明者郭建良 申請人:上海博旭復合裝飾材料有限公司