[发明专利]一种高效捕获碘的分级多孔碳材料及其制备方法和应用

说明书

本发明属于环境污染治理技术领域，提供一种高效捕获碘的分级多孔碳材料及其制备方法和应用，苯胺、植酸和氧化剂按比例混合，25‑80℃进行聚合反应0.5‑24 h，产物干燥得到中间体1；将中间体1在300‑900℃高温下碳化0.5‑10h，得到中间体2；将中间体2在0.1‑10 M碱性溶液中浸泡并干燥，然后在非氧化气氛下800℃活化得到高效捕获碘的分级多孔碳材料；本发明通过植酸对聚苯胺进行原位掺杂，碳化并活化后形成的多孔碳材料具有高比表面积、分级多孔的特点，碘捕获效率高，显示出该多孔碳材料极高的吸附活性和广阔的应用范围。应用范围广泛且使用步骤简单；制备方法操作过程简单易行，工艺成本低，适用范围广，能实现工业化生产。

技术领域

本发明属于环境污染治理技术领域，具体涉及一种高效捕获碘的分级多孔碳材料及其制备方法和应用。

背景技术

作为最常见的放射性核素之一，放射性碘因其放射性性质的持续损害以及源自乏燃料后处理和核泄漏的可及性而备受关注。时至今日，切尔诺贝利和福岛核电灾难带来的无尽痛苦仍然伤害着成千上万的人。此外，许多化工企业、药企面临碘废水处理难题，因此，探索有效的碘捕获材料具有重要的理论意义和实用价值。

在现有的碘捕获材料中，银交换沸石、载银气凝胶和金属有机骨架材料对碘具有良好的捕获作用而受到青睐，然而银基捕获材料成本高昂，金属有机骨架材料在潮湿条件下不稳定，这些在一定程度上限制了它们的应用。最近，多孔芳香骨架、多孔有机骨架、多孔氢吩嗪骨架、共轭微孔聚合物、共价有机骨架、共价三嗪骨架以及超交联聚合物等多孔有机聚合物被广泛用于捕获放射性碘，然而制备这些多孔有机聚合物需要复杂且昂贵的前体、繁琐的制备步骤以及有毒有机溶剂。

多孔碳材料是一种传统的吸附材料，由于其表面积大、容量大、热稳定性好等优点，不但频繁用于有机废水和重金属废水处理，也越来越多地用于处理含碘废水。多孔碳材料可以通过热解或碳化多种生物质和多孔聚合物来生产。然而这些多孔材料在水溶液中对碘的捕获能力有限。因此，探索制备环境友好、效果优异的绿色多孔碳材料具有重要的科学意义和应用价值。

发明内容

本发明针对上述技术问题，旨在提供一种高效捕获碘的分级多孔碳材料及其制备方法和应用，由该方法制备的分级多孔碳材料碘捕获效率高，应用范围广泛且使用步骤简单；同时该制备方法操作过程简单易行，工艺成本低，适用范围广，能够实现工业化生产。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：一种高效捕获碘的分级多孔碳材料的制备方法，苯胺、植酸和氧化剂按比例混合，进行聚合反应,聚合反应温度为25-80℃，聚合反应时间为0.5-24 h，产物干燥得到中间体1；将中间体1在300-900℃高温下碳化0.5-10h，得到中间体2；将中间体2在碱性溶液中浸泡并干燥，然后在非氧化气氛下活化得到高效捕获碘的分级多孔碳材料；其中：氧化剂与苯胺的摩尔比为0.01:1-4:1，植酸与苯胺的摩尔比为0.01:1-1:1，碱性溶液的浓度为0.1-10M；中间体2在碱性溶液中浸泡时间为≤24 h，活化温度为300-1000℃，活化时间为0.5-10h。

所述氧化剂为过硫酸盐或过氧化物，过硫酸盐为过硫酸铵、过硫酸钠、过硫酸钾、过硫酸锰、过硫酸氢钾或过氧单磺酸钾中的任意一种，过氧化物为过氧化氢或过氧乙酸；所述碱性溶液为金属氢氧化物溶液、金属过氧化物溶液或金属碳酸盐溶液中的任意一种。

进一步的，所述过硫酸盐为过硫酸铵；所述碱性溶液为氢氧化钾溶液。

氧化剂与苯胺的摩尔比为0.75:1；植酸与苯胺的摩尔比为0.4:1；碱性溶液的浓度为1M。

进一步的，所述碳化温度为400℃；碳化时间为4h；中间体2在碱液中浸泡时间为6h；所述活化温度为800℃；活化时间为1 h。

所述碳化气氛为氮气气氛、氢气气氛、氦气气氛或者氩气气氛中的任意一种。优选所述碳化气氛为氮气气氛。

利用任一所述制备方法制备得到的高效捕获碘的分级多孔碳材料。