[发明专利]一种用于氚防护过滤的碳纳米管复合水凝胶及其制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及氚防护领域，尤其涉及一种用于氚防护过滤的碳纳米管复合水凝胶及其制备方法。

背景技术

氚是一种低毒放射性核素，但却是核设施向工作场地和环境释放的活度最大的人工核素。随着核工业的迅速发展，其对辐射工作人员与公众产生的内照射剂量及健康危害的研究在国际上日益受到重视。个体氚防护的重点主要是控制呼吸和皮肤两条途径。控制呼吸摄入采用过滤和供气两种方法。供气呼吸防护用品包括自背式呼吸器、通风头罩和防护气衣；过滤呼吸防护用品利用材料将氚吸附过滤，进而起到防护氚的作用。过滤呼吸防护用品中的吸附材料主要是活性炭、分子筛等干燥剂；冰壶呼吸器用冰块作为过滤吸附材料。

活性炭、分子筛作为干燥剂的过滤呼吸防护用品，吸水性优异，佩戴着会因空气干燥而不适，并且不适用长期使用。而冰壶呼吸器使用时间短，冰壶表面冷凝水随意滴落，造成使用的不方便。通风头罩和防护气衣由于受空气源限制，活动范围受到了限制，并且穿戴不方便，不利于生产和工作的进行。

现在的复合水凝胶的制备方法主要有化学交联法、物理交联法、辐射交联法。化学交联法和物理交联法制备的复合水凝胶纯度不高，而辐射交联法制备的复合水凝胶强度不高。为改善了水凝胶的机械强度，在载体表面修饰自由基是有效制备复合水凝胶的方法。主要方法有电离辐射、强酸氧化、等离子体激化原子或化学催化游离基等。电离辐射交联法与其他几种方法相比实验要求低，成本低，安全系数大，产量大，接枝率高。

有鉴于上述的内容，本设计人，积极加以研究创新，以期创设一种用于氚防护过滤的碳纳米管复合水凝胶及其制备方法，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种具有良好的氚化水过滤效果，机械强度高，使用时间持久，制备简单的用于氚防护过滤的碳纳米管复合水凝胶及其制备方法。

本发明提出的一种用于氚防护过滤的碳纳米管复合水凝胶，其特征在于：包括碳纳米管和水凝胶，所述碳纳米管上辐照接枝有丙烯酸，所述碳纳米管与所述水凝胶复合在一起。

本发明提出的一种用于氚防护过滤的碳纳米管复合水凝胶的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤(1)将一定量的碳纳米管、CuSO₄和丙烯酸混合到去离子水中，配制出一定浓度的“1#”溶液；

步骤(2)将“1#”溶液超声搅拌后，通氮气排氧，然后放在钴源或加速器下进行辐照接枝，获得接枝后碳纳米管CNTs-g-PAAc混合溶液，该混合溶液为“2#”溶液；

步骤(3)将“2#”溶液离心后用去离子水清洗掉残留的Cu²⁺，冷冻干燥后获得了接枝后的碳纳米管样品；

步骤(4)将接枝后的碳纳米管样品与一定量的丙烯酰胺溶液混合到去离子水中配置出“3#”溶液；

步骤(5)将“3#”溶液超声搅拌后，通氮气排氧，然后用钴源或加速器经过一段时间辐照交联后冷冻干燥获得碳纳米管复合水凝胶样品。

进一步的，步骤(1)中所述的“1#”溶液中碳纳米管的浓度为0.5-5mg/mL，CuSO₄浓度为1-4mmol/L，丙烯酸浓度为1-5％。

进一步的，步骤(3)中所述接枝后的碳纳米管，接枝率为5％-30％。

进一步的，步骤(4)中所述的丙烯酰胺溶液的浓度为10-100mg/mL。

进一步的，步骤(2)和步骤(5)中所述辐照的剂量均为10kGy-100kGy。

进一步的，步骤(2)和步骤(5)中所述超声搅拌的时间均为20分钟，通氮气排氧时间均为20分钟。

进一步的，步骤(3)和步骤(5)中所述冷冻干燥的时间均为48小时。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：本发明采用两步辐照法制备了碳纳米管复合水凝胶。第一步辐照成功将丙烯酸接枝到碳纳米管管壁上，解决了碳管不溶于水的问题。第二步辐照将凝胶与碳纳米管成功均匀复合在一起，碳纳米管复合水凝胶的机械强度也因此提高，空气水吸附效率也得到了提高。

本发明提出的碳纳米管复合水凝胶，可以在吸附水情况下，保持透气性，且同时具有一定的机械强度。水凝胶材料使用辐照交联的方法，此方法简单易行，不用掺杂其他试剂，获得水凝胶材料更加纯净。

本发明提出的碳纳米管复合水凝胶具有良好的氚化水过滤效果，而且使用时间持久，可替代活性炭、分子筛等材料作为干燥剂用于过滤呼吸防护用品。