Page 157 - 精细化工2019年第8期

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第 8 期 梁成强，等: 硫化锡钾的制备及其对 Co 的选择性吸附 ·1645·

于农业、工业以及科学研究中，也会产生含放射性 有限公司；PHS-3D 精密 pH 计，上海精密科学仪器
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Co 离子的废水 。在含 Co 放射性废水中，放射 有限公司；Smartlab9 型 X 射线粉末衍射仪（XRD），
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性核素（ Co、 Co）浓度一般远低于其他稳定核素 日本理学公司；FEI Inspect F50 型场发射扫描电子
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。目前，处理含 Co 放射性废水的主要方法有萃取 显微镜（SEM）、Thermo K-Alpha+型光电子能谱仪
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法 、沉淀法 、离子交换法 和吸附法 等，其中 （XPS），美国赛默飞世尔科技公司；ContrAA700
吸附法产生的二次废物量较少，后期处置成本较低， 型原子吸收光谱仪，德国耶拿分析仪器股份公司。
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选择性高，是处理含 Co 放射性废水较为有效的手 1.2 吸附剂制备
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段。Granados-Correa 等制备出铁锰二元氧化物吸 取 4.0 g K 2 CO 3 粉末、5.3 g Sn 粉和 4.8 g S 粉加
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附初始浓度为 5 mmol/L 的 Co 离子溶液，其平衡静 入水热反应釜，向反应釜加入 2 mL 去离子水，搅拌
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态吸附量约为 32.25 mg/g；Oh 等制备了聚丙烯腈 均匀后在 220 ℃的条件下进行水热反应 18 h，将产
-水合二氧化锰(PAN-HMO)复合吸附剂，当液固比为 物分别用丙酮和去离子水洗涤数次，抽滤后在
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30 mL/g 时，其对 Co 的分配系数为 200 mL/g 左右。 100 ℃下真空干燥得到 KSnS，将其研磨至小于 100
Park 等 [10] 研究了氧化锰基蒙脱石(MOCM)和氧化铁 目的细小粉末。
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基蒙脱石（IOCM）对 Co 的吸附效果，结果表明， 1.3 表征
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它们对 Co 的饱和吸附容量分别为 0.37 mmol/g 和 采用 SEM 对材料的形貌和组成成分（EDS）进
0.23 mmol/g。总体来说，这些吸附剂的吸附速率较 行分析。采用 XRD 对 KSnS 进行晶体结构分析，衍
慢，需要数小时才能达到吸附平衡，且选择性能不 射靶为 Cu K α ，电压为 40 kV，管电流为 150 mA，
扫描速率为 10 ()/min。用 XPS 分析材料各组分的
甚理想，因此，研制新型高效的吸附材料是近年来
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对放射性废水进行选择性除 Co 的热点。 价态。
1.4 吸附实验
根据 Lewis 酸碱定理，层状结构金属硫化物中
2–
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的 S 属于软碱离子，它对于软酸离子（如 Sr 、Co 2+ 吸附实验采用电热恒温振荡水槽，振荡频率为
–1
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+
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等）的亲和性优于硬酸离子（如 Na 、K 、Ca 、 80~100 min ，水浴温度设定为 30 ℃。实验前首先
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Mg 等） [11] 。目前，金属硫化物主要用于对 Sr 的 配制 Co 浓度为 5 mg/L 的水溶液，通过预实验确定
吸附剂和溶液的固液比为 0.4 mg/mL，在此条件下
吸附，且吸附速率较快，在 20 min 以内便可达到吸
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分别研究接触时间、Co 初始浓度、溶液 pH、共存
附平衡，可操作的 pH 范围较宽。已经研制出的 2+
K 2x Mn x Sn 3–x S [11] 、K 2x Mg x Sn 3–x S 6 [12] 、K 2x Sn 4–x S 8–x [13] 、 离子对 KSnS 吸附 Co 性能的影响，吸附性能可以
[14] 等材料均在高浓度 Na 共存的条 用去除率（R，%）、分配系数（K d ，mL/g）和吸附
+
K 1.87 ZnSn 1.68 S 5.30 容量（Q，mg/g）来表征，计算公式分别为：
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件下对 Sr 有较好的吸附效果。国内外金属硫化物   
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对 Co 的吸附效果尚未见报道（经查新确认，《科技 R / %  i  e  100 （1）
查新报告》编号 2019-033LQ）。本研究采用水热法   i  V
合成了层状金属硫化物 KSnS，较之于固相合成法需 K  i e  （2）
d
 i m
要的 500 ℃高温，水热法的操作更为方便，且产率   
与固相合成法相当，均为 85%左右。测试了 KSnS Q  i m t  V （3）
t
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对 Co 的静态吸附性能，旨在探索含 Co 放射性废 其中： i 为溶液初始质量浓度，mg/L； e 为溶液平
水处理的新方法。 衡质量浓度，mg/L；  t 为 t 时刻溶液质量浓度，mg/L；
V 为溶液体积，mL；m 为吸附剂质量，g；Q t 为 t
1 实验部分
时刻的吸附量，mg/g。
1.1 试剂与仪器
实验试剂均为市售分析纯，实验用水为去离 2 结果与讨论
子水。 2.1 表征
水热合成反应釜，上海予申仪器有限公司；DKZ 2.1.1 电镜分析
系列电热恒温振荡水槽，上海一恒科技有限公司； 为了更好地观察 KSnS 的形貌与结构，对样品
79-1 磁力加热搅拌器，金坛市大地自动化仪器厂； 进行了 SEM 测试。图 1 为 KSnS 吸附 Co 前后的
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GM-0.33B 无油隔膜式真空泵，天津市津腾实验设备 SEM 照片，可以看出吸附前后 KSnS 的形貌和尺寸
有限公司；DZ-1BC 真空干燥箱，天津市泰斯特仪 未发生明显的变化，表面沟壑较多，局部地方有些
器有限公司；AL204 电子天平，梅特勒-托利多仪器 许凸出。