专利名称：一种用于金属离子分离的胆体及其制备方法
技术领域：
本发明涉及金属离子分离材料的技术领域，具体地说是利用金属 离子的特性，设计出一种采用吸附或离子交换原理提取金属离子的金 属离子分离胆体及其制备方法，尤其涉及其中的胆体材料的处理方法。
背景技术：
目前世界各国均在探索新的吸附分离材料，从富含金属、碱金属、 碱土金属等离子液中直接分离提取单一高纯金属离子。但是现有的吸 附分离材料，有机离子交换树脂和无机离子交换与吸附剂，在功能、 效率、成本及工业化生产，均无法达到要求。
发明内容
本发明的目的在于提供一种用于金属离子分离的胆体及其制备 方法，该胆体具有较好的吸附选择性、交换速度较快、吸附容量比较 大的特点。
本发明的技术方案是这样实现的 一种用于金属离子分离的胆 体，其特征在于所述的胆体由高分子树脂、活性炭及沸石组成，它 们的重量百分比为，高分子树脂50-100%、活性炭0-25%、沸石0-25%，
高分子树脂、活性炭、沸石均经处理，高分子树脂为聚酯树脂、环氧 树脂、及醯胺共聚树脂中的任意一种。
一种用于金属离子分离的胆体制备方法，其特征在于所述的胆 体制备方法包括以下步骤
a、将活性碳、沸石分别进行350 —55(TC的加热处理，加热时间 为5—20小时形成具有多孔隙或多不规则表面结构的高表面积胆体 材料；b、将不溶于水的高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺 共聚树脂，分别将其加热至45 —135°C、加热时间为1一48小时，然 后用0.1M—0.5M稀释之硝酸、及0.1M—0.5M稀释之塩酸依0—10: I一IO之体积比例混合而成之混合酸进行冲洗处理，使髙分子树脂材 料形成具有多孔隙或多不规则表面结构的高表面积胆体材料；c、将 冲洗处理后的高表面积胆体材料高分子树脂、加热处理后的高表面积 胆体材料活性炭及沸石分别各自与有机溶剂进行搅拌混合，分别分散
在有机溶剂液间形成非极性有机相；d、将极性液相加入各自形成的 非极性有机相中分别进行混合加热反应，加热温度为50—135。C、时 间1一26小时，分别处理成有机或无机的高表面积材料；e、将加热 反应后分别处理成的有机或无机的高表面积材料分别采用水或甲醇，在10 6(TC进行清洗；f、将分别清洗后的有机或无机的高表面积材料分别采用热风进行干燥，干燥温度为40 — 80。C，干燥时间为1-24 小时；g、然后依重量百分比为，高表面积材料高分子树脂50-100%、 活性炭0-25%、沸石0-25%的比例在基体内进行充填，即可生产出金 属离子分离胆体。简而言之本发明将活性碳、沸石、不溶于水之髙分子树脂处理成 高表面积胆体材料，分别分散在有机溶剂液间形成一非极性有机相， 并与包括具备可加成反应之官能基、醇类化合物及水所组成之极性液 相产生混合加热反应。将反应后材料清洗、干燥，选择所需特性材料 依比例混合，即可产生新颖之金属离子分离胆体。本发明解决了无机离子交换与吸附剂、成型困难、溶损高、流动 性差、渗透性不佳，并利用有机离子交换树脂的特性,生产出一种新 颖金属离子分离胆体，具有良好的吸附选择性、交换速度快、吸附容 量大、容损小、可重复使用、成本相对低廉。
图1为本发明流程示意2为胆体材料处理示意3为非极性有机相合成示意4为极性液相合成示意5为混合加热反应示意图
具体实施例方式下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。一种用于金属离子分离的胆体，其特征在于所述的胆体由高分子树脂、活性炭及沸石组成，它们的重量百分比为，高分子树脂50-100%、活性炭0-25%、沸石0-25%，高分子树脂、活性炭、沸石 均经处理，高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺共聚树脂中任 意一种或者其中2—3种的任意组合。一种用于金属离子分离的胆体制备方法，其特征在于所述的胆 体制备方法包括以下步骤a、将活性碳、沸石分别进行350—55(TC的加热处理，加热时间 为5—20小时形成具有多孔隙或多不规则表面结构的高表面积胆体 材料；b、将不溶于水的高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺 共聚树脂，分别将其加热至45—135T:、加热时间为1一48小时，然 后用0.1M—0.5M稀释之硝酸、及0.1M—0.5M稀释之塩酸依0—10: I一IO之体积比例混合而成之混合酸进行冲洗处理，形成具有多孔隙 或多不规则表面结构的高表面积胆体材料；c、将冲洗处理后的高表 面积胆体材料高分子树脂、加热处理后的高表面积胆体材料活性炭及 沸石分别各自与有机溶剂进行搅拌混合，分别分散在有机溶剂液间形成非极性有机相；d、将极性液相分别加入各自形成的非极性有机相 中进行混合加热反应，加热温度为50—135'C、时间1—26小时，分 别处理成有机或无机的高表面积材料；e、将加热反应后分别处理成 的有机或无机的高表面积材料分别采用水或甲醇，在10 6(TC进行清 洗去除残余盐份及未反应物；f、将分别清洗后的有机或无机的高表 面积材料分别采用热风进行干燥，干燥温度为40 — 8(TC，干燥时间 为1-24小时；g、然后依重量百分比为，高表面积材料高分子树脂 51-99%、活性炭1-25%、沸石1-25%的比例在基体内进行充填，即可 生产出金属离子分离胆体。关于基体及充填均属于现有技术，基体为 进行金属离子分离的容器体，容器体是一种可拆、装之密闭容器，体 积为0.001 10立方米。充填是依不同金属溶液所需停留时间，将不 同的有机或无机的高表面积材料按上述的比例，以分层或混合均匀 之方式进行充填，充填步骤为先将容器体拆开、以一层有机高表面 积材料一层无机高表面积材料、规则排列方式装填进入容器体，或将 有机高表面积材料及无机高表面积材料混合均匀装填进入容器体，制成金属离子分离月日体。开始l，先选择制作胆体的材料2，将其分成两大族群。以活性 碳2.11、沸石2.12为一族群及以聚酯树脂2.21、环氧树脂2.22、醯 胺共聚树脂2.23为一族群。将两大族群材料，分别处理成高表面积 胆体材料3，再分散在有机溶剂4.0液间形成一非极性有机相4;将 极性液相5:其中组成包括具备可加成反应之官能基5.1、醇类化合物 5.2、水5.3，加入非极性有机相4中持续于加热反应6。反应后将材 料清洗7、干燥8，依所需要求将处理后之高分子树脂材料聚酯树 脂8.21、环氧树脂8.22、醯胺共聚树脂8.23，与活性碳8.11、及沸石 8.12，依50-100%: 0-25%: 0-25%重量比例积层或均匀混合方式充填9、 所形成之新颖金属离子分离胆体。高表面积胆体材料是指该胆体材料 的总表面积/体积之比大于3倍以上，以10 2000rpm搅拌，将极性液 相加入非极性有机相中持续加热至50 135。C、时间1 26小时。本发 明中所述的有机溶剂系指甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙酯、甲基异丁 基酮、环已酮、四氢夫喃、砒啶、甲基甲醯胺、二甲基乙醯胺、三环 醚、四环醚及其它醚类、二氯甲烷、二氯乙烷、氯仿、选择其中一种 或至少两种的任意组合。所述的极性液相由官能基、醇类化合物、水 组成，它们的摩尔比为1一10: 1—2: 0—2，将官能基、醇类化合物、 水进行混合并搅拌，搅拌时间l一30分钟；官能基系指甲苯磺醯氯或甲基磺醯氯中的一种或两种的随意混合；醇类化合物系指乙二醇、丙二醇、丁二醇、戊二醇、甘油醇、单元或多元醇、或多元酚类化合物 中的一种或至少两^"的随意混合。具体实施时，使用的搅拌设备为100 1000rpm。进行清洗时，如采用甲醇，甲醇的纯度为70% 100%。本发明的创新主要是对制作胆体的有机或无机材料的处理以及 这些胆体材料适用于不同混合金属溶液中分离浓縮金属离子时所构 成胆体的配比，使用本发明的原理及优点是利用金属离子间与不同的材料不同之亲合性、结合性及元素分布 排序，使金属离子液中的离子与其它种离子分离，达到有效且快速的 目的。本发明避免了无机性吸附材溶损率高、流动性差、渗透性不佳 及成型困难，与有机离子交换树脂吸附选择性差、交换速度慢、吸附 容量小、利用率低、成本髙等问题。更采用无机性吸附材之高浓縮性 及有机材料抗压密性特点，重新制作出一种新颖之金属离子分离胆下面给出具体的实施例实施例A、利用本发明制作适用在混合金属溶液中分离浓縮铜离 子之胆体。本实施例选择以沸石及聚酯树脂为胆体材料，沸石先加热至400 425。C、时间8小时，聚酯树脂加热至75 85。C、时间6 8小 时，然后用0.25M稀塩酸冲洗后，分散在2倍体积之甲基异丁基酮、 四氢夫喃所构成的溶剂中，构成非极性相；极性相中，以甲苯磺醯氯-为官能基，选择戊二醇为醇基，以官能基醇基水=2: 1: 1之摩尔数比混合，加入非极性相中以200 300 rpm搅拌，持续加热至92 98 °C、时间16 20小时形成混合加热反应，反应后以70%纯度甲醇清 洗及45。C干燥4小时后，胆体以聚酯树脂沸石=10: l之比例混合， 形成混合金属溶液中分离铜离子之胆体，具有一次反应可形成12 20 倍浓縮铜离子之效果。实施例B、利用本发明制作适用在含有机物之混合金属溶液中分 离浓縮锌、镍离子之胆体。本实施例选择以活性炭及醯胺共聚树脂为 胆体材料，活性炭先加热至525 55(TC、时间4小时备用，醯胺共聚 树脂加热至65 80。C、时间3 4小时，然后用一比一之0.25M稀塩 酸/稀硝酸冲洗后，分散在2.5倍体积之砒啶及三环醚所构成的溶剂 中，构成非极性相。极性相中，以甲基磺醯氯为官能基，选择丙二醇及苯乙二醇为醇基，以官能基醇基水=2: 2: 0.5之摩尔数比混合，加入非极性相中以80 120 rpm搅拌，持续加热至78 85°C 、时间24 26 小时形成混合加热反应，反应后用水及甲醇(重量比l: 1)清洗及 5(TC干燥5小时后，胆体以醯胺共聚树脂活性炭=25: 3之比例混 合，形成适用在含有机物之混合金属溶液中分离锌、镍离子之胆体， 可有效减除有机性物质结合锌、镍离子分离时之干扰，同时可达浓縮 12倍目标离子之效果。实施例C、利用本发明制作适用在混合金属与非金属离子溶液 中，分离浓縮锌、镍离子之胆体.本实施例选择以活性炭、沸石及聚 酯树脂为胆体材料，活性炭先加热至525 55(TC、沸石加热至425 450T时间4 5小时备用,聚酯树脂加热至70 85°C、时间2 3小时，然 后用5: 1之0.15M稀塩酸/稀硝酸冲洗后，分散在3.5倍体积之二甲 基乙醯胺及环已酮所构成的溶剂中，构成非极性相。极性相中，以甲 苯磺醯氯为官能基，选择丙二醇及甘油为醇基，以官能基醇基水 =2: 2: l之摩尔数比混合，加入非极性相中以100~120 rpm搅拌， 持续加热至65 85。C、时间20 24小时形成混合加热反应，反应后用水清洗及5(TC干燥5小时后，胆体以聚酯树脂活性炭沸石=30: 3: 2之比例混合，形成适用在混合金属与非金属离子溶液中，分离浓縮锌、镍离子之胆体，可有效避免非金属离子干扰锌、镍离子分离效果，同时可达浓缩12倍目标离子之目的。
权利要求
1、一种用于金属离子分离的胆体，其特征在于所述的胆体由高分子树脂、活性炭及沸石组成，它们的重量百分比为，高分子树脂50-100％、活性炭0-25％、沸石0-25％，高分子树脂、活性炭、沸石均经处理，高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺共聚树脂中的任意一种。
2、 一种用于金属离子分离的胆体，其特征在于所述的胆体由 高分子树脂、活性炭及沸石组成，它们的重量百分比为，高分子树脂51- 99%、活性炭1-25%、沸石1-25%，高分子树脂、活性炭、沸石均 经处理，高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺共聚树脂中任意 一种或者其中2_3种的任意组合。
3、 一种用于金属离子分离的胆体制备方法，其特征在于所述的胆体制备方法包括以下步骤a、将活性碳、沸石分别进行350 — 55(TC的加热处理，加热时间-为5—20小时形成具有多孔隙或多不规则表面结构的高表面积胆体 材料；b、将不溶于水的高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺 共聚树脂，分别将其加热至45 — 135。C、加热时间为1一48小时，然 后用0.1M—0.5M稀释之硝酸、及0.1M—0.5M稀释之塩酸依0—10: 1 一 10之体积比例混合而成之混合酸进行冲洗处理，使髙分子树脂材 料形成具有多孔隙或多不规则表面结构的高表面积胆体材料；c、将 冲洗处理后的高表面积胆体材料高分子树脂、加热处理后的高表面积 胆体材料活性炭及沸石分别各自与有机溶剂进行搅拌混合，分别分散在有机溶剂液间形成非极性有机相；d、将极性液相加入各自形成的 非极性有机相中分别进行混合加热反应，加热温度为50—135'C、时 间1一26小时，分别处理成有机或无机的高表面积材料；e、将加热 反应后分别处理成的有机或无机的高表面积材料再分别采用水或甲 醇，在10 60。C进行清洗；f、将分别清洗后的有机或无机的高表面 积材料分别采用热风进行干燥，干燥温度为40 — 8(TC，干燥时间为 1-24小时；g、然后依重量百分比为，高表面积材料高分子树脂 50-100%、活性炭0-25%、沸石0-25%的比例在基体内进行充填，艮口 可生产出金属离子分离胆体。
4、 一种用于金属离子分离的胆体制备方法，其特征在于所述 的胆体制备方法包括以下步骤a、将活性碳、沸石分别进行350 — 550。C的加热处理，加热时间为5_20小时形成具有多孔隙或多不规 则表面结构的高表面积胆体材料；b、将不溶于水的高分子树脂为聚 酯树脂、环氧树脂、及醯胺共聚树脂，分别将其加热至45 — 135X:、加热时间为1一48小时，然后用0.1M—0.5M稀释之硝酸、及0.1M 一0.5M稀释之塩酸依0—10:1 — 10之体积比例混合而成之混合酸进 行冲洗处理，形成具有多孔隙或多不规则表面结构的高表面积胆体材 料；c、将冲洗处理后的高表面积胆体材料高分子树脂、加热处理后 的高表面积胆体材料活性炭及沸石分别各自与有机溶剂进行搅拌混 合，分别分散在有机溶剂液间形成非极性有机相；d、将极性液相分 别加入各自形成的非极性有机相中进行混合加热反应，加热温度为 50—135。C、时间1一26小时，分别处理成有机或无机的高表面积材 料；e、将加热反应后分别处理成的有机或无机的高表面积材料分别 采用水或甲醇，在10 6(TC进行清洗去除残余盐份及未反应物；f、 将分别清洗后的有机或无机的高表面积材料分别采用热风进行干燥， 干燥温度为40 — 8(TC，干燥时间为1-24小时；g、然后依重量百分 比为，高表面积材料高分子树脂51-99%、活性炭1-25%、沸石1-25% 的比例，在基体内进行充填，即可生产出金属离子分离胆体。
5、按权利要求3或4所述的一种用于金属离子分离的胆体制备方 法，其特征在于所述的有机溶剂系指甲酸乙酯、乙酸甲酯、乙酸乙* 酯、甲基异丁基酮、环已酮、四氢夫喃、砒啶、甲基甲醯胺、二甲基 乙醯胺、三环醚、四环醚及其它醚类、二氯甲垸、二氯乙烷、氯仿、 选择其中一种或至少两种的任意组合。
6、按权利要求3或4所述的一种用于金属离子分离的胆体制备方 法，其特征在于所述的极性液相由官能基、醇类化合物、水组成，它们的摩尔比为1一10: 1 — 2: 0 — 2，将官能基、醇类化合物、水进 行混合并搅拌，搅拌时间1一30分钟；官能基系指甲苯磺醯氯或甲基 磺醯氯中的一种或两种的随意混合；醇类化合物系指乙二醇、丙二醇、 丁二醇、戊二醇、甘油醇中的一种或至少两种的随意混合。
7、按权利要求3或4所述的一种用于金属离子分离的胆体制备方 法，其特征在于所述的极性液相由官能基、醇类化合物、水组成， 它们的摩尔比为1一10: l—2: 0 — 2，将官能基、醇类化合物、水进 行混合并搅拌，搅拌时间1一30分钟；官能基系指甲苯磺醯氯或甲基 磺醯氯中的一种或两种的随意混合；醇类化合物系指单元或多元醇、 或多元酚类化合物中的一种或至少两种的随意混合。
全文摘要
本发明涉及一种用于金属离子分离的胆体，其特征在于所述的胆体由高分子树脂、活性炭及沸石组成，它们的重量百分比为，高分子树脂50-100％、活性炭0-25％、沸石0-25％，高分子树脂、活性炭、沸石均经处理，高分子树脂为聚酯树脂、环氧树脂、及醯胺共聚树脂中的任意一种。本发明解决了无机离子交换与吸附剂、成型困难、溶损高、流动性差、渗透性不佳，并利用有机离子交换树脂的特性，生产出一种新颖金属离子分离胆体，具有良好的吸附选择性、交换速度快、吸附容量大、容损小、可重复使用、成本相对低廉。
文档编号B01J20/22GK101607191SQ200810039159
公开日2009年12月23日 申请日期2008年6月18日 优先权日2008年6月18日
发明者郭建良 申请人:上海博旭复合装饰材料有限公司