【摘 要】
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随着核工业的快速发展放射性核素在核应用和乏燃料后处理过程中将不可避免地泄漏、残留到环境中。放射性碘因其超长的半衰期、高活性以及易积累等特征而备受关注。针对现有碘去除材料成本较高、制备过程复杂、吸附容量低等问题,本论文利用低成本的制革废弃物胶原纤维、胶原蛋白(明胶)和羟基磷灰石为原料。通过简单、方便的方法制备了Ag~0@BT-n CF、Ge Aerogel、HAP-Ge Aerogel三种吸附材料,
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随着核工业的快速发展放射性核素在核应用和乏燃料后处理过程中将不可避免地泄漏、残留到环境中。放射性碘因其超长的半衰期、高活性以及易积累等特征而备受关注。针对现有碘去除材料成本较高、制备过程复杂、吸附容量低等问题,本论文利用低成本的制革废弃物胶原纤维、胶原蛋白(明胶)和羟基磷灰石为原料。通过简单、方便的方法制备了Ag~0@BT-n CF、Ge Aerogel、HAP-Ge Aerogel三种吸附材料,并研究了其在模拟气态环境下对常量碘蒸气(I2)的吸附去除性能,为胶原蛋白基材料用于实际环境中放射性碘的吸附去除提供新思路。(1)通过化学交联,结合氧化还原方法制备高分散性的胶原纤维负载零价纳米银的多层活性界面材料(Ag~0@BT-n CF)。在模拟气态环境下对常量碘蒸气(I2)的捕获结果表明,在75℃条件下,Ag~0@BT-n CF对碘的吸附量在在72 h内达到1704.34mg/g,与n CF和BT-n CF相比分别提高了64.5%和34.9%。通过分析发现,Ag~0主要与碘蒸气发生化学反应生成Ag I;其次,BT-n CF表面的-OH、-CONH2和-NH也参与了碘的化学吸附。此外,在一定的温度范围内,Ag~0@BT-n CF在捕获碘后表现出优异的稳定性,可有效防止碘的挥发和逸出。(2)为了提高材料对碘的吸附性能,我们通过冷冻干燥手段,以明胶为原料制备得到多孔气凝胶吸附材料(Ge Aerogel)。在模拟气态环境下对常量碘蒸气(I2)的捕获结果表明,当明胶质量分数为1.5%时,Ge Aerogel在75℃条件下,对碘具有最优的吸附性能。在72 h时,吸附量达到了1449.53 mg/g,与n CF相比,该气凝胶材料对碘的吸附量有明显的提升。分析结果表明,质量分数为1.5%的Ge Aerogel具有良好的孔隙结构,其比表面积、孔径、孔容分别为15.0325 m~2/g、6.37498 nm和0.024456cm~3/g,这些性质赋予了材料较好的吸附性能。此外,研究结果也证明,Ge Aerogel对碘蒸气(I2)有效吸附归因于与气凝胶内部暴露的键价结构之间的化学结合以及物理吸附作用。(3)基于前面的研究基础,我们又利用戊二醛的交联作用,将羟基磷灰石引入到胶原蛋白基材中,并通过简单的冷冻干燥技术制备得到多孔气凝胶材料HAP-Ge Aerogel。在模拟气态环境下对常量碘蒸气(I2)的捕获结果表明,当羟基磷灰石与明胶的用量比为0.1:1时,得到的材料具有良好的孔隙结构,其比表面积、孔径、孔容分别为24.9266 m~2/g、9.61208 nm和0.059899 cm~3/g。在相同温度下,该材料不仅对碘蒸气表现出优异的吸附性能,其吸附容量达到2423.97 mg/g,而且,吸附效率也明显提升(24 h)。通过表征分析发现,HAP-Ge Aerogel与碘蒸气(I2)的吸附归因于材料表面的活性基团,即-OH、-CONH2和-NH与碘分子之间的化学络合以及物理吸附作用。
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