离子吸附剂技术在铯离子吸附提取中的应用和研究进展

李生芳

（青海柴达木职业技术学院，青海德令哈 817000）

铯属于周期表第IA主族，因其熔点低，高度的柔软性和可塑性，独特的光电效应而广泛应用于电子器件、特种玻璃、催化剂、生物工程、医药以及其他特殊领域。我国的锂云母和盐湖卤水中含有大量的铯资源，占总储量的90%左右。尤其是青海、西藏地区的含铯盐湖卤水是提取铯的优质资源[1]。

目前，从盐湖卤水中提取铯离子的方法有萃取法、沉淀法和离子交换法[2]。其中，溶剂萃取法需要铯浓度较高的料液，操作烦琐，需要进行多次萃取和反萃取，萃取剂流失量大，环境污染严重[3]。盐湖卤水中铯含量很低，因此采用沉淀法提取不够经济，而离子交换法对低浓度溶液具有较好的分离和富集效果，污染小，操作简单，可连续操作，易实现工业化，可有效从卤水中分离提取铯[4]。

离子交换法广泛应用于液相体系中铯的分离提取。常见的交换吸附剂可分为无机离子吸附剂和离子印迹聚合物，其中离子印迹聚合物具有较高的吸附选择性。本文主要就这两类吸附交换材料在铯提取中的研究进展进行论述。

1 离子交换剂

常见的离子交换剂有沸石、多价金属酸性盐、杂多酸、铁氰化物或亚铁氰化物、硅钛化合物等，它们具有较大的孔体积和比表面积，且由于其孔径与铯离子直径相匹配，铯离子可与某些+1价阳离子发生离子交换，从而被吸附于吸附剂上而富集。

1.1 合成沸石

研究发现，合成钠云母、层状锰的氧化物对铯的吸附性能比膨润土、蒙脱石要好，但经济成本较高[5-6]。然而合成沸石对铯有良好的吸附性能。EL-KAMASH[7]研究了A沸石分子筛对铯的吸附性能，结果表明，在25 ℃，pH=6条件下，吸附3 h即可达到平衡，最大吸附量为207.47 mg/g。SUN等[8]以天然矿泥为起始原料，合成了AMP/MCM-41沸石分子筛，并研究了其对铯的吸附性能，结果发现在25 ℃条件下，7～12 h可达到吸附平衡，平衡吸附量为73.9 mg/g。

1.2 多价金属酸性盐

WU等[9]制备了钨酸铵-海藻酸钙微囊，研究其对铯的吸附行为。结果发现最大吸附量为0.34 mmol/g，对高放废液中铯的去除率可达99.4%。文献[10]报道了静电磷钼酸铵/聚丙烯腈纳米纤维对铯的吸附性能研究，结果表明，在25 ℃，pH=5条件下，5 h即可达到吸附平衡，最大吸附量为52.2 mg/g。经5次吸附—解吸后，吸附剂对铯仍有很大的吸附性（损失率仅为9%），可实现循环使用。

1.3 杂多酸

张惠源等[11]合成了6种焦磷杂多酸盐，对铯的吸附性能良好，中性条件下的铯离子交换容量可达1.5～3.0 mmol/g干交换剂。此后，王学思等[12]采用溶胶-凝胶法合成了焦磷锆钛化合物，该吸附剂的吸附容量随铯离子浓度的增大而增大，最大吸附量可达1.4 mmol/g；在不同酸度下，其对铯离子的吸附能力几乎保持不变，且竞争性离子对铯离子的吸附过程影响很小，可用于复杂离子溶液体系。

1.4 亚铁氰化物

张佳鑫等[13]以四氯化钛、亚铁氰化钾为原料，合成了一种球形吸附剂。结果发现在含铯离子浓度为5 mg/L的模拟低放废液中，吸附平衡的时间为6～8 h，静态吸附容量为0.048 mmol/g。杜志辉等[14]将聚丙烯腈作为基体，将对铯选择性较高的亚铁氰化钾钴和亚铁氰化钾钛作为活性成分，制成复合球形吸附剂，二者对铯离子的饱和吸附量分别可达128.37 mg/g、278.55 mg/g。

1.5 硅钛化合物

钛硅酸盐含有的孔道与铯离子的几何参数相匹配，因此其对铯具有很好的吸附性，是在中性及碱性环境中选择性吸附铯的优良材料[15]。LI等[16]以钛酸钾硅酸为吸附活性成分，海藻酸钙为载体，成功合成出复合球型吸附剂，并研究了该吸附剂对溶液及模拟卤水中铯的吸附性能。结果表明，在pH=3～12，吸附平衡时间为24 h时，吸附剂对铯的吸附量为1.47 mmol/g。杜晓燕等[17]用水热合成法合成了钛硅酸钠无机离子交换材料。在30 ℃，22 h后基本达到平衡，1 mol/L的H+环境下，钛硅酸钠对铯离子的静态饱和吸附容量为1.74 mmol/g。张继荣等[18]采用水热法合成出一种新型的结晶水合钛硅酸盐，在pH=3时，其对铯离子的最大交换量可达1.6 mmol/g。黄玉婷等[19]用活化后的三钛酸钠晶须考察了对铯的吸附行为。结果表明，在pH=5.0时，铯离子的最大饱和吸附容量为39.9 mg/g。

2 离子印迹聚合物

采用无机吸附剂/交换剂时，盐湖卤水中铯与其他金属离子（如钠、钾、锂和镁等）共存，增加了提取的难度，无机离子吸附剂对铯的选择性不高，对其他金属离子也有一定的吸附作用。离子印迹聚合物的出现提高了吸附的选择性，引起了广泛研究[5]。

离子印迹技术是分子印迹技术的分支，是以阴、阳离子为模板离子（目标离子），通过静电、配位、螯合等作用与功能单体相互作用，交联聚合后去除模板离子便获得了具有特定基团排列、固定空穴大小和形状的印迹聚合物，形成的孔穴对目标离子具有特异选择性。离子印迹技术越来越多地被应用于金属离子的分离、富集[20]。

ZHANG等[21]采用表面印迹技术，合成了以铯离子为模板离子，以三钛酸钠为载体的铯离子印迹聚合物，并将其用于选择性吸附溶液中的铯。在pH=6，接触时间为2 h时，该聚合物对铯离子的最大吸附容量为32.88 mg/g。竞争性吸附实验表明，该吸附剂对铯离子具有很好的选择性。同时，该离子印迹聚合物可多次循环使用。

MENG等[22]以铯离子为模板剂，SBA-15为载体，采用表面印迹技术合成了铯离子印迹聚合物。在25 ℃，pH=6条件下，最大吸附量为54.54 mg/g，是非印迹聚合物（不含模板剂，其他相同）吸附量的2倍，能有效去除溶液中的铯离子，回收率为92%。

3 结语

无机离子吸附剂因其分子孔径与铯离子直径相匹配发生离子交换，从而进行铯的吸附分离。但在实际应用中，存在与铯离子直径相差不大的离子导致吸附剂对铯离子的吸附量减少的现象。离子印迹聚合物因其对模板离子独特的记忆识别性能而对铯具有良好的吸附选择性能，有望得到更广泛的使用。