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镓是一种稀散金属,因其金属及化合物具有独特的物理化学性能被广泛应用于高新科技领域。目前,90%的镓来源于拜耳母液,钒也随着拜耳法进入母液,并对后续提取高质量金属镓影响较大,当利用偕胺肟树脂吸附镓时钒也发生共吸附且难以解吸,导致树脂对镓的吸附能力降低。因此,如何高效综合回收生产高质量镓和钒成为人们高度关注的热点。本文以大孔偕胺肟螯合树脂为吸附剂,针对镓钒分离回收问题,采用静态吸附实验系统地探究了树脂对镓、钒的吸附性能、动力学、热力学特征,分析共存离子对树脂吸附分离镓的影响;在静态优化基础上采用动态吸附柱考察流速、氢氧化钠浓度对镓、钒动态穿透曲线的影响,为实际镓、钒的分离应用提供理论基础;最后,利用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)、X射线光电子能谱分析(XPS)等对吸附机理进行了探讨,得出以下研究成果:(1)静态吸附讨论了初始离子浓度、树脂粒径、吸附温度、氢氧化钠浓度、吸附时间等因素对偕胺肟螯合树脂吸附镓、钒性能的影响。结果表明:螯合树脂对镓的吸附选择性能好。在氢氧化钠浓度为lmol/L,镓离子浓度为200μg/mL,反应温度为25℃,吸附时间为120min,树脂粒径为0.3～0.6mm时,树脂对镓的吸附效果最佳,镓吸附量为1.8mg/g,钒的吸附量0.9mg/g;饱和吸附量实验结果显示镓的饱和吸附容量为27.59mg/g,钒的饱和吸附容量为20.16mg/g,说明树脂对镓的亲和性强于钒。低温高碱度条件下能有效抑制树脂对钒的吸附,镓钒分离最佳范围条件为NaOH浓度5-10 mol/L,温度<30℃,镓钒平衡吸附量分别为1.75～1.82和0.18～0.71mg/g。(2)动力学拟合结果表明树脂对镓、钒的吸附过程符合准二级动力学拟合(R2=0.99),属于化学吸附,理论值接近实验数据;颗粒内扩散模型拟合显示树脂对镓、钒的吸附过程受外部扩散和内扩散同时控制。镓、钒的吸附过程符合Langmuir模型线性拟合(R2-0.99),说明镓、钒的吸附过程为单层各向同性吸附;热力学拟合度好,说明树脂的吸附过程是吸热过程,可自发进行。(3)在静态优化基础上进行动态试验,结果表明镓钒最佳分离条件为温度25℃,NaOH浓度5mol/L,流速0.05mL/min,此时镓的穿透曲线呈现“S”形状,钒的穿透曲线呈现非“S”形状,镓的动态饱和吸附容量为18mg/g,钒的动态饱和吸附容量为4.69mg/g。以上结果说明树脂对镓有着更强的亲和性,可实现镓和钒的分离。(4)FT-IR和XPS分析表明树脂对镓、钒的吸附机理不同。溶液中的镓离子与树脂中的肟基(C=NOH)发生作用,钒离子与偕胺肟基团中的肟基(C=NOH)和氨基(C-NH2)发生作用,镓离子和钒离子均与肟基(C=NOH)发生作用,因此,两元素形成一定的竞争吸附。