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厦门稀土材料研究中心利用先进离子印迹膜分离技术从锆英砂中分离富集铪取得最新进展

发表日期:2023-02-10 16:00文章编辑:国初科技浏览次数: 标签:    

中国科学院海西研究院2月9日讯:铪(Hf)因其独特的物理和化学特性,在电子半导体、航空航天、医药、核能和新材料研究与开发等新领域有着广泛的应用前景。Hf总是与锆(Zr)以均质形式紧密共生且具有相似的外层电子结构,由于镧系收缩,它们的原子半径和离子半径仅相差0.01 ?,因此分离Zr和Hf已成为一个世界性难题。为克服传统膜分离在Hf分离中回收率低和选择性差的缺点,中国科学院福建物质结构研究所杨帆课题组基于膜萃取分离技术开发制备了铪离子印迹膜(Hf-IIMs)新材料,实现了从锆英砂溶液中快速高效分离富集铪。

通过配合物印迹法,以D2EHDGAA为载体分子,CTA为基础聚合物以及铪离子为印迹离子,构建了离子印迹膜(IIMs)。此外,制备了离子液体支撑液膜(SLMs),高分子聚合物包合膜(PIMs),非印迹膜(NIIMs)和CTA空白膜作为对比。在进料相中由酰胺酸驱动的IIMs与天冬氨酸偶合,实现从优先萃取Zr转变为优先萃取Hf; 以0.1 M H2SO4和0.05 M二甘醇酸的协同酸体系作为接收相,使得接收相中铪离子浓度明显增加,解决了传统的单酸反萃铪的难题。结果表明,在接收相中CHf/CZr按IIMs > PIMs > SLMs > NIIMs > CTA的顺序递减。这主要归结于IIMs的印迹孔穴与Hf模板离子具有结构上的相互匹配以及功能基团的互补,使得膜对目标离子Hf具有选择识别性能,从而达到铪和锆的特异性选择分离。IIMs在1h内,CHf/CZr从最初的2.33:100增加到33.33:100;与聚合物包合膜(PIMs)和离子液体支撑液膜(SLMs)相比,分别增加了3.33和3.67倍。此外,3次膜分离-再生循环实验表明IIMs的循环稳定性能较为良好。因此,IIMs作为一种新型膜材料,提供了从锆英砂溶液中高效分离富集铪的新思路,具有良好的工业应用潜力。该研究成果以全文形式发表在《Journal of Membrane Science》期刊上(https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.121237),第一作者为在读硕士汤婷婷,杨帆研究员为通讯作者。

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研究工作得到国家重点研发计划,反应堆燃料与材料科学技术实验室等的支持,并与三祥新材股份有限公司和中国核动力研究设计院深入合作。

 

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