一种用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的制备方法及其应用技术

本发明专利技术为一种用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的制备方法及其应用。该方法包括如下步骤：将硼酸和密胺加入到去离子水中制得前驱体溶液；在搅拌的同时倒入金属离子的溶液；然后超声仪器中进行超声处理，直至絮状物完全析出，即得到含金属离子的前驱体；将前驱体密封并转至低温环境下冷冻1‑24h，取出后立即放入冷冻干燥机中冷冻抽干，最后以900‑1500℃的温度热处理最后得到产品；所述的金属离子化合物具体为AgNO

Preparation and application of boron nitride block adsorbent for iodine vapor treatment

【技术实现步骤摘要】
一种用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的制备方法及其应用
本专利技术的设计方案涉及到氮化硼纳米材料生态环境保护领域，具体为一种由金属离子原位诱导所组成的泡沫状氮化硼块体吸附剂的制备方法及其在处理碘蒸气污染物方面的应用。
技术介绍
在当今时代，全球能源消耗持续增长，而化石燃料不断减少，寻求其它可替代能源成为了当前人类生存最紧迫的任务之一。核能作为一种代表性的新能源，其具有高效、成本低廉等优点。但是，核能源所带来的负面影响也是不容忽视的。核燃料易产生放射性污染物(例如，碘，氚，氪等等)，会对生物和环境造成巨大的伤害。在核燃料废料中，大多数碘离子会被硝酸或亚硝酸氧化成碘分子，然后以蒸气形式释放。尤其是I-129元素，由于其具有强的挥发性，较长的半衰期(约150万年)，且易富集于甲状腺影响生物代谢等因素而成为核工业的最大安全隐患之一。反之，从其它方面来讲碘同时也是一种有益的元素，在新能源、材料、生物医药等方面都有重要的应用。而在这些应用中通常都会涉及碘的存储和释放，因此，如何捕获、储存和可控的释放易挥发性碘成为了亟待解决的问题。作为一种常用的治理环境污染物的方法，吸附法被认为是当前最有效的捕获并存储碘蒸气的一种方法。目前较为成熟的多孔吸附材料有沸石、活性炭、金属有机框架以及多孔有机聚合物等。例如Pham等合成了沸石材料，但其合成时间较长且需要经过长时间的高温处理，加大了实验材料合成的复杂性(T.C.T.Pham,S.Docao,I.C.Hwang,Energ.Environ.Sci.,2015,9,1050-1062)。Chien等利用竹子为原料合成了活性炭，但因材料自身为粉末状且需要浸渍在载体上，大大加剧了其吸附性能的局限性(C.C.Chien,Y.P.Huang,W.C.Wang,J.H.Chao,Y.Y.Wei,Clean-SoilAirWater,2015,39,103–108.)。Janeta等利用氨丙基硅倍半氧烷笼状化合物和选定的多主题醛缩合而成多孔硅倍半氧苯胺有机框架，其制备过程较为复杂且有机物容易与吸附物质发生氧化还原反应，无法耐高温也是其一大缺点(M.Janeta,W.Bury,S.Szafert,ACSAppl.Mater.Interfaces,2018,2319964–19973)。通过进一步对以上材料的综合研究可知，大多数吸附剂由于其自身特定性质的局限性并不具有高的热稳定性与化学惰性，因此难以在高温、酸性、强氧化物性、易燃潮湿等较恶劣的环境下进行服役。六方氮化硼(BN)是一种具有超强热稳定性、疏水性、化学惰性、高比表面积与孔体积的材料，近年来逐渐引起了人们的广泛关注。其中，氮原子和硼原子通过形成共价键组成了BN六方结构。由于氮原子附近具有π键，因此BN层间可通过范德华力相结合。多孔BN纳米纤维通过交叉组装得到宏观泡沫状块体。加入金属离子后增强了碘蒸气和多孔BN之间的Lewis酸碱相互作用，提高了BN对碘蒸汽的吸附能力，因此可作为一种高效的碘吸附剂。
技术实现思路
本专利技术针对当前大部分碘蒸气吸附剂热稳定性低、化学惰性弱，难以在酸性、强氧化性、易燃等恶劣环境下服役以及吸附量低且难以回收再利用等不足，提供了一种由金属离子原位诱导所产生的BN纳米纤维组装而成的泡沫状块体吸附剂的制备方法。该方法在合成BN前驱体的过程中添加了金属离子，通过金属离子与BN前驱体络合或氧化还原产生的原位诱导作用，使得BN纤维变细控制在纳米级别，孔隙率和比表面积也大大增加，从而使得多孔BN的组织结构得到了优化设计，提高了碘吸附效果。本专利技术得到的材料不仅对碘蒸汽具有较大的吸附量，而且因其自身形状为块状不易对环境造成污染，吸附完成后可回收循环再利用。本专利技术的技术方案是：一种用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的制备方法，该方法包括如下步骤：(1)将金属离子化合物溶于去离子水中，配制成金属离子溶液，备用；其中，所述的金属离子化合物中，金属离子为Ag+、Cu2+或Mn2+；阴离子为NO3-或Cl-；溶液中金属离子浓度为0.001-0.005mol/L；(2)将硼酸和密胺加入到去离子水中，70-99℃的恒温搅拌器上持续搅拌1～4h，制得前驱体溶液；其中，浓度为每毫升水中含有0.01-0.02g的密胺和0.01-0.02g的硼酸；硼酸与密胺的物质的量之比为2:1～3:1；(3)将前驱体溶液常温搅拌，在搅拌的同时倒入步骤(1)中配制的金属离子的溶液；然后继续搅拌3-6min；其中，体积比为前驱体溶液：金属离子溶液＝245～240：5～10；(4)将步骤(3)中溶液放入已经预先降温到5-20℃的超声仪器中进行超声处理1～6h，直至絮状物析出，即得到含金属离子的前驱体；其中，超声频率为20-100KHz，功率为功率为30～350W；(5)将前驱体密封并转至低温环境下冷冻1-24h，取出后立即放入冷冻干燥机中冷冻抽干4-10天；再将前驱体放入管式炉以900-1500℃的温度在氮气的保护气氛下热处理1-5h，随后将保护气氛改为氨气，以相同的流速和温度继续热处理1-5h，最后冷却至室温，得到含有金属颗粒的氮化硼块体吸附剂。其中，冷冻温度为-30℃～-10℃，冷干温度为-50℃～-24℃；保护气体流速为60-100mL/min；所述的BN纳米纤维直径范围为100-800nm。所述的金属离子化合物具体为AgNO3、CuCl2·2H2O或MnCl2。所述的保护气氛为氮气和氨气。所述的用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的应用，用于碘蒸汽的吸附和存储。本专利技术的实质性特点为：之前本课题组已授权专利(公开号CN106495109A)“一种泡沫状氮化硼块体材料的制备方法”中，仅仅是BN块体材料的制备，实际应用中局限性很大。而本专利技术不仅在材料制备过程中拥有添加金属离子的创新操作(并且探明了金属离子通过与BN前驱体络合或氧化还原反应产生了金属离子原位诱导作用这个机理)而且还有碘吸附性能的应用以及吸附过程中材料半导体性质的创造性发现。进一步根据碘蒸气吸附这一应用进行了操作步骤的优化，从而使所合成的泡沫状氮化硼块体材料中材料的具体成分、组织结构、比表面积、孔径分布等更适合用于碘蒸气的吸附和存储。本专利技术采用超声辅助的方法，由金属离子原位诱导所产生的BN纳米纤维构筑可用于吸附碘蒸气的泡沫状BN块体。先将原料溶解在水溶液中得到稳定的前驱体溶液，然后将预先制备的含金属离子的溶液倒入稳定的前驱体溶液中，并利用形成的稳定的新离子来加速前驱体的生成。低温超声的空化作用产生的生长和崩溃的动力学过程，利于超细纤维的生长。这些超细纤维在超声辅助下相互缠绕结晶，经冷冻抽干得到块状固体，最后在保护气氛下经过高温热处理得到泡沫状BN块体。其中不同金属离子以及不同保护气体的选择，可以影响对碘蒸气的吸附效果。本专利技术具有如下有益效果：1.本专利技术所得到的产物为由金属离子原位诱导所产生的BN纳米纤维组装而成的泡沫状固体。2.纤本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：/n(1)将金属离子化合物溶于去离子水中，配制成金属离子溶液，备用；/n其中，所述的金属离子化合物中，金属离子为Ag

【技术特征摘要】
1.一种用于处理碘蒸气污染物的氮化硼块体吸附剂的制备方法，其特征为该方法包括如下步骤：
(1)将金属离子化合物溶于去离子水中，配制成金属离子溶液，备用；
其中，所述的金属离子化合物中，金属离子为Ag+、Cu2+或Mn2+；阴离子为NO3-或Cl-；溶液中金属离子浓度为0.001-0.005mol/L；
(2)将硼酸和密胺加入到去离子水中，在70-99℃的恒温搅拌器上持续搅拌1～4h，制得前驱体溶液；
其中，浓度为每毫升水中含有0.01-0.02g的密胺和0.01-0.02g的硼酸；硼酸与密胺的物质的量之比为2:1～3:1；
(3)将前驱体溶液常温搅拌，在搅拌的同时倒入步骤(1)中配制的金属离子的溶液；然后继续搅拌3-6min；
其中，体积比为前驱体溶液：金属离子溶液＝245～240：5～10；
(4)将步骤(3)中溶液放入已经预先降温到5-20℃的超声仪器中进行超声处理1～6h，直至絮状物析出，即得到含金属离子的前驱体；
(5)将前驱体密封并转至低温环境下冷冻1-24h，取出后立即放入冷...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄阳，李洪宇，林靖，李根，张旭，唐成春，
申请(专利权)人：河北工业大学，
类型：发明
国别省市：天津;12