浙江大學肖成梁J. Nucl. Mater.：鉍修飾靜電紡絲碳納米纖維對放射性碘的有效捕獲

DOI:10.1016/j.jnucmat.2020.152526

由于排放到環境中的放射性碘同位素對公共健康具有長期影響，因此受到人們的極大關注。在這項工作中，制備了一種名為Bi@ESCNF（鉍修飾電紡碳納米纖維）的新型鉍基復合材料，并對其進行了捕獲碘129（129I）的研究。該材料使用靜電紡絲碳納米纖維膜作為基材，金屬Bi納米顆粒均勻地鑲嵌在纖維上，為捕獲碘氣體提供了豐富的活性位點。由于鉍和碘具有很強的親和力，Bi@ESCNF在200℃下暴露于碘4h后顯示出非常高的碘吸收能力，最高可達559 mg/g，這比市售銀離子交換沸石高出兩倍左右，甚至比其他報道的鉍基吸附劑更高。結合BET、PXRD、SEM、TEM、XPS和拉曼光譜表征了其吸收機理。結果表明，該材料優異的碘捕獲性能歸因于鉍和碘之間的化學反應，這將產生穩定的BiI3相，并具有537 m2/g的大比表面積。該研究結果表明，新型高效的Bi@ESCNF有望成為一種去除放射性碘的有前途的吸附劑。

圖1.Bi@ESCNF吸附劑的靜電紡絲制備和碘捕獲實驗的示意圖。

圖2.碘氣吸附結果。（a）Bi@ESCNF和ESCNF在200℃和1g/L碘氣濃度下（以碘氣濃度為0作為對照）對碘氣的吸附動力學；（b）Bi@ESCNF在不同碘氣濃度條件下（200℃，4h）對碘的吸附能力。

圖3.不同鉍基吸附劑和某些銀基材料的比較。

圖4.ESCN（a，b）和Bi@ESCNF（c，d）的N2吸附/解吸等溫線以及通過BJH方法計算的相應孔徑分布。

圖5.ESCNF、Bi@ESCNF和I-Bi@ESCNF的X射線衍射圖。

圖6.ESCNF（a，b），Bi@ESCNF（c，d）和I-Bi@ESCNF（e，f）的低倍率和高倍率SEM圖像。

圖7.Bi@ESCNF（a，b）和I-Bi@ESCNF（e，f）的低倍率和高倍率TEM圖像；Bi@ESCNF（c）和I-Bi@ESCNF（g）的典型HRTEM圖像；（d）Bi@ESCNF中C、N、O和Bi的EDX元素映射；（h）I-Bi@ESCNF中C、N、O、Bi和I的EDX元素映射。

圖8.Bi@ESCNF在捕獲I2之前和之后的XPS光譜。（a）全掃描光譜，（b）I-Bi@ESCNF的Bi 4f，以及（c）I 3d。

圖9.Bi@ESCNF和I-Bi@ESCNF的拉曼光譜。

圖10.以10℃/min的速率，Bi@ESCNF和I-Bi@ESCNF在氮氣流下的TGA曲線。