浙江大學肖成梁Chem. Eng. J.：新型鉍基靜電紡絲材料可高效捕獲放射性碘

DOI: 10.1016/j.cej.2021.128687

放射性碘是核工業中的主要裂變產物之一。由于其具有極強的揮發性和放射毒性，在釋放到環境中之前必須對其進行過濾和純化。在這項工作中，研究者報道了三種新型鉍基碘吸附材料，分別在電紡碳納米纖維表面涂覆Bi和/或Bi2O3（表示為HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF）。這些材料是在靜電紡絲、預氧化和碳化的基礎上添加水熱步驟制備而成的。水熱負載的好處是在纖維的外表面出現了活性位點，使得與碘氣體的接觸更加方便有效，不再像以前那樣受到溶液中Bi3+濃度的限制。最后，還對這三種吸附劑進行了碘捕獲試驗，并研究了碘暴露前后吸附劑性質的變化。結果表明，纖維表面的涂層確實大大提高了碘的捕獲能力，元素鉍對碘的有效原子利用率高于氧化鉍，其吸附能力高達732mg/g。結合PXRD、SEM、TEM、BET、XPS、拉曼光譜和TGA表征深入研究了其捕獲機理。

圖1.制備HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF以及碘捕獲實驗的示意圖。

圖2.HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在200℃下的碘氣體吸收重量結果。碘氣體的（a）吸附動力學和（b）吸附等溫線。

圖3.比較所有報道的鉍基和某些典型的銀基吸附劑對碘的吸附能力。

圖4.HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在I2暴露之前和之后的PXRD圖。

圖5.HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在捕獲碘之前（a，b，c）和之后（d，e，f）的SEM圖像。

圖6.HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在捕獲碘之前（a，e，i）和之后（c，g，k）的TEM圖像；HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在捕獲碘之前（b，f，j）和之后（d，h，l）的典型HRTEM圖像。

圖7.（a，d）HT-Bi2O3-ESCNF，（b，e）HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和（c，f）HT-Bi-ESCNF的（a-c）N2吸附/解吸等溫線和（d-f）通過BJH方法計算的相應孔徑分布。對于（d-f），用虛線和灰色區域（介孔）表示微孔（<2nm），介孔（2-50nm）和大孔（>50nm）。

圖8.HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在捕獲I2（a）之前和（b）之后其Bi4f的高分辨率XPS光譜；（c）HT-Bi2O3-ESCNF、HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和HT-Bi-ESCNF在捕獲I2之后其I3d的高分辨率XPS光譜。

圖9.（a）HT-Bi2O3-ESCNF，（b）HT-Bi-Bi2O3-ESCNF和（c）HT-Bi-ESCNF在暴露于I2之前和之后的TGA圖。