新型钛硅分子筛(NaTS)超微粉的合成及其除铯性能研究

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本文合成了一种新型钛硅分子筛NaTS超微粉,研究了它在模拟高放废液中的除铯性能。采用溶胶凝胶-水热合成法合成了钛硅分子筛。合成具有高除铯性能、有八元环孔道结构的钛硅分子筛的关键是选择水解速度相匹配的钛源和硅源。用单因素法和正交试验确定了合成NaTS的最佳工艺条件是:反应时间为5天、Na/Ti=2.5、Si/Ti=1.15、H2O/Ti=200、反应温度控制在200℃。合成产物性能稳定、再现性好。并用微波法合成了NaTS钛硅分子筛超微粉,合成时间由水热法120h以上缩短到120min。 NaTS的合成符合液相晶化机理。给出了水热合成和微波合成的晶化动力学方程。计算的晶化曲线与实验吻合。结果表明,微波合成比水热合成晶体生长速率常数增长约108倍左右。NaTS的晶化热△H=15.3KJ/mol。 成分和结构分析结果表明,NaTS是一种新型的化合物。化学式为Na4Ti4Si3O10·4.5H2O,为类毒铁矿结构,属P43空间群,晶胞参数分别为a=b=7.781A,c=11.945A。具有三维空间网络结构,由Ti-O八面体簇和Si-O四面体连接构成,两端开放的八元环管状孔道,孔径约为0.39nm,表观形貌为规则的四方颗粒,晶体尺寸为20nm左右,具有良好的化学和热稳定性。 滴定曲线表明,NaTS有三个可交换Na离子位置。固定在骨架结构上的Nal保持在骨架上,不能被交换,维持骨架的稳定性;孔道中的Na2离子与Cs离子发生交换。NaTS总理论离子交换容量为5.91mmol/g。研究了各种工艺条件和杂质离子对NaTS除铯性能的影响。结果表明:NaTS在酸性、中性及碱性溶液中,对Cs+都有极高的选择性,在0.1mol/LHNO3、0.1g/L铯溶液中,KdCs为36500ml/g。NaTS从模拟高放废液中除铯的最合适酸度为1mol/L左右,QCs约为1.21mmol/g;随着溶液的稀释倍数的增加,QCs增大。在稀释3倍的模拟料液中,KdCs为395.46ml/g,QCs约为1.65mmol/g。Cs的去除是由交换机构和吸附机理共同完成的。NaTS是一种非常有前景的、适用于酸性高放废液的新型除铯剂。
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