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廈門稀土材料研究中心利用先進離子印跡膜分離技術從鋯英砂中分離富集鉿取得最新進展

欄目:行業資訊 發布時間:2023-02-15
中國科學院海西研究院2月9日訊:鉿(Hf)因其獨特的物理和化學特性,在電子半導體、航空航天、醫藥、核能和新材料研究與開發等新領域有著廣泛的應用前景。

Hf總是與鋯(Zr)以均質形式緊密共生且具有相似的外層電子結構,由于鑭系收縮,它們的原子半徑和離子半徑僅相差0.01 ?,因此分離Zr和Hf已成為一個世界性難題。為克服傳統膜分離在Hf分離中回收率低和選擇性差的缺點,中國科學院福建物質結構研究所楊帆課題組基于膜萃取分離技術開發制備了鉿離子印跡膜(Hf-IIMs)新材料,實現了從鋯英砂溶液中快速高效分離富集鉿。

通過配合物印跡法,以D2EHDGAA為載體分子,CTA為基礎聚合物以及鉿離子為印跡離子,構建了離子印跡膜(IIMs)。此外,制備了離子液體支撐液膜(SLMs),高分子聚合物包合膜(PIMs),非印跡膜(NIIMs)和CTA空白膜作為對比。在進料相中由酰胺酸驅動的IIMs與天冬氨酸偶合,實現從優先萃取Zr轉變為優先萃取Hf; 以0.1 M H2SO4和0.05 M二甘醇酸的協同酸體系作為接收相,使得接收相中鉿離子濃度明顯增加,解決了傳統的單酸反萃鉿的難題。結果表明,在接收相中CHf/CZr按IIMs > PIMs > SLMs > NIIMs > CTA的順序遞減。這主要歸結于IIMs的印跡孔穴與Hf模板離子具有結構上的相互匹配以及功能基團的互補,使得膜對目標離子Hf具有選擇識別性能,從而達到鉿和鋯的特異性選擇分離。IIMs在1h內,CHf/CZr從最初的2.33:100增加到33.33:100;與聚合物包合膜(PIMs)和離子液體支撐液膜(SLMs)相比,分別增加了3.33和3.67倍。此外,3次膜分離-再生循環實驗表明IIMs的循環穩定性能較為良好。因此,IIMs作為一種新型膜材料,提供了從鋯英砂溶液中高效分離富集鉿的新思路,具有良好的工業應用潛力。該研究成果以全文形式發表在《Journal of Membrane Science》期刊上(https://doi.org/10.1016/j.memsci.2022.121237),第一作者為在讀碩士湯婷婷,楊帆研究員為通訊作者。

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研究工作得到國家重點研發計劃,反應堆燃料與材料科學技術實驗室等的支持,并與三祥新材股份有限公司和中國核動力研究設計院深入合作。


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