[发明专利]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

说明书

本发明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‑无水乙醇溶液后置于水热反应釜中反应，冷却到室温，过滤；将过滤后的材料加入硼氢化钠‑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。通过植物单宁的有效固载，促使铋离子有效的结合在胶原纤维上，呈现出胶原纤维上覆盖一层颗粒状物质，性质稳定，对碘蒸气的固载性能较好，稳定的化学固碘量较高，碘被捕获后主要以BiIsubgt;3/subgt;化合物形式存在，不易挥发，有利于放射性气态碘的稳定储存和处理。

技术领域

本发明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。

背景技术

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。

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-14、I-129、I-131、Cs-134、Cs-137、Co-60、Sr-90、Ce-144、Kr-85和Xe-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94-99％的I₂(¹²⁹I和¹³¹I)以气态的形式从溶液中释放。¹³¹I的半衰期较短(8.02天)，不会对环境造成长期危害，而¹²⁹I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。

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^-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。

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。

发明内容