[发明专利]用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维吸附剂的制备及应用

说明书

本发明公开了一种用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维吸附剂的制备方法及应用，包括：将聚甲基倍半硅氧烷溶于有机溶剂中，再加入硝酸溶液搅拌，然后加入铋盐，超声，搅拌，形成前驱体溶液，进行静电纺丝，得到纤维膜；将纤维膜在惰性气氛中进行碳化还原，得到用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维吸附剂，该吸附剂包括硅氧碳纤维膜载体及负载于载体上的金属铋单质吸附剂，为放射性气态碘的吸附分离提供了化学吸附位点，使其吸附量较高，能高效用于放射性气态碘的分离回收。而且该材料相比于其他粉末吸附剂，因具有宏观形态结构和极强的热稳定性，在核电站、乏燃料后处理厂对放射性气态碘的捕获、固定和储存等方面具有潜在的应用前景。

技术领域

本发明涉及核燃料后处理技术领域，具体涉及一种用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维吸附剂的制备及应用。

背景技术

核电是一种理想的清洁能源，但核电运行、乏燃料后处理过程中会产生多种气态放射性同位素。其中¹²⁹I是²³⁵U的裂变产物，由于其半衰期长(1.6×10⁷年)，含量高且毒性大，具有易挥发和流动性强等特点。UO_x乏燃料在沸腾的硝酸溶液中溶解时，大部分CsI被氧化成易挥发的放射性I₂(¹²⁹I、¹³¹I)，若释放到环境中将会导致人体代谢紊乱、智力低下并增加甲状腺癌等疾病风险，必须对其进行净化处理。

固体吸附是捕获挥发性污染物的有效方法之一，因其操作简单、维护和运行成本低，是目前工业上吸附分离放射性碘主要采取的方法。常用的吸附剂有沸石、活性炭、活性氧化铝、气凝胶、层状双氢氧化物(LDH)、多孔有机聚合物(POPs)、金属-有机框架(MOFs)等。其中，活性炭因其多孔结构、高比表面积使其具有较高的碘吸附能力，但由于自身着火点低，限制了其在后处理厂的高温尾气处理中的应用。而载银沸石(AgX、AgZ等)作为最常用的碘吸附材料，通过形成难溶性AgI的化学吸附机制，实现对碘的高吸附容量。

然而银的毒性和高成本限制了其实际的工程应用。为了最大限度地减少这些弊端，有必要开发环境友好且具有成本效益的碘吸附材料。

近年来，铋基材料是一种新兴的碘吸附剂。负载铋的多孔材料能快速捕获气态碘，与其他功能材料(如掺银沸石、MOFs材料等)相比，具有成本低、材料易合成、毒性低、吸附容量高等特点。铋基材料的固化相BiI₃和Bi₅O₇I具有很好的热力学稳定性，是一种新型高效的碘的固化体。

现有技术制备的碘气体吸附剂都是利用物理吸附和含金属铋的化学吸附机制，但其热稳定性不是很好，吸附后容易在高温中继续溢出碘气体，造成二次污染，并且吸附容量也相对较低，因此，用于吸附碘气体的铋基复合材料有待进一步的研究，用于提高吸附剂的吸附容量，热稳定性等。

发明内容

鉴于以上技术问题，本发明有必要提出一种热稳定性好，易分离，易回收，吸附容量高且吸附时间短的用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维材料及其制备方法。

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维吸附剂的制备方法，包括如下步骤：

步骤一、将聚甲基倍半硅氧烷溶于有机溶剂中搅拌至溶解，再加入硝酸溶液搅拌，然后加入铋盐，超声20～50min，继续搅拌0.5～6h，形成前驱体溶液；

步骤二、将前驱体溶液进行静电纺丝，得到纤维膜；

步骤三、将纤维膜在惰性气氛中进行碳化还原，得到复合纤维膜，即用于去除放射性碘气体的铋基复合纳米纤维吸附剂。