铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备及应用制造技术

本发明专利技术公开了一种铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备及应用，包括：将活化胶原纤维和植物单宁醛溶液中交联固化后干燥；将制备的材料和五水硝酸铋加入乙二醇中，超声反应，然后加入Vc

【技术实现步骤摘要】
铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备及应用


[0001]本专利技术属于生物质皮革废弃材料用于环境中放射性气态碘吸附和固载的环保领域，具体为一种铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备方法及应用。

技术介绍

[0002]胶原纤维是自然界中含量最丰富的可再生天然高分子材料，广泛应用于皮革工业。我国在动物皮原料加工过程中，每年产生约140万吨皮革废弃物，绝大部分废料很难再次利用，不仅造成了原材料资源的浪费，同时对环境也产生严重的污染。胶原纤维中的羧基、氨基和羟基对碘分子有较强的诱导吸附作用为碘的有效吸附提供了大量的活性位点。但是，由于胶原纤维分子间的超螺旋结构，活性基团之间存在链间氢键结构，导致活性结合位点被屏蔽，从而降低了碘的吸附能力。如何对皮革废料资源实现再次利用，一直是研究者关心的热点问题。研究表明，对皮革废料按常规方法进行清洗、碱处理、脱水等处理后，可以转化为亲水性较强的胶原纤维，但并不溶于水，而是在水中发生溶胀后呈分散状态，且具有良好的生物相容性，后期很容易进行生物降解处理，不会对环境造成污染。
[0003]随着全球能源需求的不断增长，核能以其安全、高效、清洁、低成本、低温室气体排放等特点引起了全球的关注。目前，全球31个国家和地区已建成400多座核电站，发电量占全球发电量的近11.5％，预计到2030年将增加23％至100％。然而，核电站运行中最突出的问题是在乏燃料处理阶段会产生大量的放射性废物，主要包括C
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14、I
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129、I
>‑
131、Cs
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134、Cs
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137、Co
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60、Sr
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90、Ce
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144、Kr
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85和Xe
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13。在乏燃料硝酸处理过程中，大部分物质被进一步氧化为挥发性I2，其中94
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99％的I2(
129
I和
131
I)以气态的形式从溶液中释放。
131
I的半衰期较短(8.02天)，不会对环境造成长期危害，而
129
I的半衰期较长(1.57
×
107年)，在环境中毒性更大，持续时间更长。由于放射性碘具有高流动性和挥发性的特点，容易在大气中积聚和扩散，并可经由吸入气体或食物链富集在生物体内，导致甲状腺疾病甚至癌症。在切尔诺贝利和福岛核泄漏事故发生期间，空气中产生了大量的放射性碘，不能及时有效地清除，对人体健康构成了严重威胁。因此，有效地捕获和固定放射性碘蒸气已成为全球关注的热点问题之一。
[0004]近年来众多研究表明，铋基负载的材料能快速捕获碘单质，相比于其它材料(银掺杂沸石类材料、MOFs材料等)对碘蒸气的捕获具有成本低、材料易合成且毒性低、吸附容量高等特点。铋基材料吸附碘蒸气后转化为BiI3和BiOI，具有良好的热力学稳定性，甚至BiI3和BiOI在强还原性地下水环境中比目前报道的吸附碘最有效的AgI更稳定，是一种新型高效碘的固化吸附剂。含铋基吸附剂材料对I2、I
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和IO3‑
表现出优于目前商用银负载沸石的吸附性能。与银基材料比较，铋类物质来源广泛，价格便宜，性质稳定，不会对环境造成污染，是一种较优的候选前体材料。
[0005]植物多酚是自然界中普遍存在的可再生植物资源，含有丰富的酚羟基结构，对金属离子具有较强的螯合作用，对碘也具有一定的诱导吸附作用。许多研究者将植物单宁固
定在纤维素和滤膜等水不溶性基质上，可实现对溶液中重金属离子的有效吸附，亦可作为铋离子的有效负载材料。

技术实现思路

[0006]针对以上技术缺陷，本专利技术提供一种成本低、不会对环境造成二次污染、性质稳定、捕获碘后不易挥发、可天然生物降解、无毒无害的铋基胶原纤维材料。本专利技术结合胶原纤维的特性，生物质原料经过碱处理后，使胶原纤维内部暴露出更多的羟基和氨基，同时植物单宁的固载能引入更多的多酚类结构，有利于铋离子的负载和碘的捕获；加入Vc能有效防止在制备水热炭的过程中铋离子的氧化，同时加入的硼氢化钠溶液进一步把氧化状态的铋还原成零价铋。对碘蒸气的固载吸附主要是零价铋与碘发生反应，生成稳定的BiI3和部分BiOI产物，而物理吸附量较低的技术特征。
[0007]本专利技术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。
[0008]为了实现根据本专利技术的这些目的和其它优点，提供了一种铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备方法，包括如下步骤：
[0009]步骤一、将活化胶原纤维和植物单宁于一定浓度的醛溶液中交联固化后干燥；
[0010]步骤二、将步骤一制备的材料和五水硝酸铋加入乙二醇中，超声反应，然后加入Vc
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无水乙醇溶液后置于水热反应釜中反应，冷却到室温，过滤；
[0011]步骤三、将步骤二过滤后的材料加入硼氢化钠
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无水乙醇溶液静置还原，过滤、烘干，即得铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料。
[0012]优选的是，所述活化胶原纤维的制备方法为：将胶原纤维加入去离子水中，超声清洗4～6小时至中性，过滤后在真空干燥箱中烘干；将烘干后的胶原纤维用粉碎机粉碎至30
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100目后溶于去离子水中，加入碱调节溶液pH，超声1～3小时后用去离子水清洗，过滤后在真空干燥箱中烘干备用。
[0013]优选的是，所述超声清洗的温度为室温至70℃，在真空干燥箱中烘干的温度为室温至70℃；所述胶原纤维为未经鞣制处理的动物皮，按常规方法进行清洗、碱处理、脱水处理后，经粉碎机粉碎得到粒径为10
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80目的粒状物质；所述超声清洗的频率40～60kHz，功率800～1000W；所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、碳酸钠中的一种或几种；调节溶液pH为8
‑
14。
[0014]优选的是，所述植物单宁为没食子单宁、杨梅单宁、鞣花单宁和缩合类单宁中的任意一种；所述交联固化的时间为1
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24小时，温度为0
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80℃，交联固化在恒温摇床中进行，恒温摇床的振摇幅度为100～150rpm；所述活化胶原纤维与植物单宁的质量比为0.1～10:1；所述醛溶液为浓度为0.1
‑
20wt％的甲醛溶液或戊二醛溶液；所述活化胶原纤维和植物单宁的总质量与醛溶液的质量体积比为5g:50mL。
[0015]优选的是，所述交联固化采用在微波超声波一体化反应器中进行协同处理，协同处理的温度为65～85℃，时间为30～45min；协同处理的微波功率为800～1200W，超声功率为800～1200W，超声频率为35～45KHz。
[0016]优选的是，所述步骤二中，步骤一制备的材料与五水硝酸铋的质量比为0.1～35:1；步骤一制备的材料与乙二醇的质量体积比为3g:30mL，超声反应的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、将活化胶原纤维和植物单宁于一定浓度的醛溶液中交联固化后干燥；步骤二、将步骤一制备的材料和五水硝酸铋加入乙二醇中，超声反应，然后加入Vc
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无水乙醇溶液后置于水热反应釜中反应，冷却到室温，过滤；步骤三、将步骤二过滤后的材料加入硼氢化钠
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无水乙醇溶液静置还原，过滤、烘干，即得铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料。2.根据权利要求1所述的铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备方法，其特征在于，所述活化胶原纤维的制备方法为：将胶原纤维加入去离子水中，超声清洗4～6小时至中性，过滤后在真空干燥箱中烘干；将烘干后的胶原纤维用粉碎机粉碎至30
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100目后溶于去离子水中，加入碱调节溶液pH，超声1～3小时后用去离子水清洗，过滤后在真空干燥箱中烘干备用。3.根据权利要求2所述的铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备方法，其特征在于，所述超声清洗的温度为室温至70℃，在真空干燥箱中烘干的温度为室温至70℃；所述胶原纤维为未经鞣制处理的动物皮，按常规方法进行清洗、碱处理、脱水处理后，经粉碎机粉碎得到粒径为10
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80目的粒状物质；所述超声清洗的频率40～60kHz，功率800～1000W；所述碱为氢氧化钾、氢氧化钠、氢氧化铵、碳酸钠中的一种或几种；调节溶液pH为8
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14。4.根据权利要求1所述的铋基植物单宁@胶原纤维水热炭高效固载碘蒸气材料的制备方法，其特征在于，所述植物单宁为没食子单宁、杨梅单宁、鞣花单宁和缩合类单宁中的任意一种；所述交联固化的时间为1
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24小时，温度为0
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80℃，交联固化在恒温摇床中进行，恒温摇床的振摇幅度为100～150rpm；所述活化胶原纤维与植物单宁的质量比为0.1～10:1；所述醛溶液为浓度为0.1
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20wt％的甲醛溶液或戊二醛溶液；所述活化胶原纤维和植物单宁的总质量与醛溶液的质量体积比为5g:50mL...

【专利技术属性】
技术研发人员：周建，朱辉，
申请(专利权)人：西南科技大学，
类型：发明
国别省市：