一种氡气吸附材料及其制备方法与流程

本发明涉及气体吸附材料，尤其涉及一种氡气吸附材料及其制备方法。

背景技术：

1、氡是一种惰性的放射性气体，其半衰期为3.8天，被国际癌症机构(第七届致癌物年报告)定为具有确定性致癌效应的a类致癌物，常依附在空气中的灰尘中存在，也就是气溶胶中。大气中的氡来源于大地海洋的释放、核工业和磷酸盐工业开采与使用、植物的新陈代谢和地下水的作用、煤和天然气的燃烧等。室内氡气的来源除了室外大气进入室内带入的氡气外，建筑材料中放射性元素的镭的衰变产生的氡气以及建筑物地基下的岩石和土壤向室内扩散的氡气也是室内氡气的主要来源。

2、目前，对氡气有效的防护处理措施较少，主要依靠通风、屏蔽涂料以及吸附等技术手段。cn105983329a公开了一种去除空气中氡气的装置和方法，其使用化学方法将氡气转变为稳定的，无放射性的物质，包括密闭容器、空气二次处理装置和抽气泵三个部分。在密闭容器内盛放吸附材料，通过抽气泵将空气导入吸附材料进行化学反应，将反应后的空气导出到二次处理装置内进行过滤、消毒、除异味处理，处理后的空气排回到大气或环境中。cn105289227a公开了一种高效氡气消除剂。配方包括茨酮1-5份，载体60-80份，增效剂0.5-1份，稳定剂0.2-0.8份。所述载体为沸石粉、陶土粉和活性炭的组合物，所述活性炭上负载有二价的铜离子和二价铁离子和碘。cn204632348u公开了一种通过zif-8吸附氡气的装置。装置设有吸附装置、空气泵、流量计和气体探测器。各部件由管道连接。吸附装置内设有粉末状zif-8吸附剂，气体探测器连接在所述流量计之后，能够对流经其的气体中氡气含量进行动态监测。上述方案主要是通风、屏蔽涂料和吸附等方法。其中通风耗时较长，处理效果较差；屏蔽涂料，成本较大，安装难度较大；现有吸附材料对氡气的选择性吸附能力较弱，且氡气为惰性气体，几乎不与其他物质反应，难以采用其他方法处理。

3、滤除氡气的关键因素是精巧的制造以及适当选择合适的固体吸附剂。常用的固体吸附剂有沸石分子筛、多孔碳、金属有机框架(mofs)、共价有机框架(cofs)和有机分子笼等。在过去的几十年里，作为一类新的多孔材料，金属-有机框架(mofs)由于其高孔隙率、可调整的孔隙结构，金属-有机框架(mofs)对xe/kr显示出良好的气体吸附分离性能。众所周知，惰性气体(如氡、氙等)显示出类似的单原子球形结构、低的化学反应性和弱极化率。mofs材料允许我们在分子水平上精准控制和设计结构和孔径大小，有利于实现对氡气等有害气体的精准吸附。然而合成mofs的单体材料成本高且mofs大规模制备非常困难，阻碍了它们的实际应用。相比之下，多孔碳材料由于其高孔隙率、低成本和出色的稳定性而成为各类气体的可行的吸附剂；但其缺点是往往缺乏极性表面且具有宽孔径分布的特性，常表现出较差的吸附选择性能。同时大部分多孔碳吸附剂是以细粉末的形式存在的，不能在工业吸附柱中直接利用，因为粉末用于填料柱将导致巨大的压降、管道堵塞和灰尘污染。因此，开发具有高机械强度和合适孔径的无粘结剂颗粒碳吸附剂对于实际的吸附分离来说非常重要和迫切。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种氡气吸附材料及其制备方法，以提高对rn的吸附率和和选择性，解决现有多孔碳吸附剂以细粉末的形式存在的，不能在工业吸附柱中直接利用的问题。

2、第一方面，本发明提供了一种氡气吸附材料的制备方法，具体步骤如下：

3、(1)将干燥后的竹子放入管式炉中，在500-1000℃的氩气氛围中碳化时间1-3h，待冷却到室温后，破碎成颗粒状，得到炭颗粒；

4、(2)取k2co3溶于到去离子水中，配制得到k2co3水溶液，将炭颗粒加入k2co3水溶液中，轻轻搅拌10-60min，然后在80-100℃下干燥除溶剂，得到混合样品；

5、(3)将混合样品转移到管式炉中，在800-1000℃的氩气氛围中活化1-5h，冷却到室温后，将得到的颗粒碳浸入10wt％盐酸溶液中搅拌2-5h，然后用去离子水清洗至溶液为中性，真空干燥，得到多孔碳样品；

6、(4)将cu(no3)2·3h2o、均苯三甲酸溶于二甲基亚砜中，超声分散直至溶解，然后加入多孔碳样品，分散均匀后转入聚四氟乙烯内衬的反应釜中，65-100℃反应12-24h，冷却到室温后，离心收集沉淀，沉淀用甲醇溶液洗涤3-5次，真空干燥，即得到mof-199@多孔碳复合材料。

7、结合第一方面，在一些实施方式中，步骤(1)中所述管式炉中以5-15℃/min的速率加热到500-1000℃，所述氩气氛围为以20-50ml/min的流速持续通入氩气。

8、结合第一方面，在一些实施方式中，步骤(2)中所述k2co3和颗粒碳的质量比为3:1。

9、结合第一方面，在一些实施方式中，步骤(3)中所述管式炉以5-20℃/min的速率加热到800-1000℃，所述氩气氛围为以20-50ml/min的流速持续通入氩气。

10、结合第一方面，在一些实施方式中，步骤(3)中所述真空干燥的温度为60-100℃，干燥时间为12-48h。

11、结合第一方面，在一些实施方式中，步骤(4)中所述cu(no3)2·3h2o、均苯三甲酸和二甲基亚砜摩尔比为1:0.1-0.5:2-10，所述cu(no3)2·3h2o与多孔碳的用量比为1:1-20，mol:g。

12、结合第一方面，在一些实施方式中，步骤(4)中所述真空干燥的温度为60-120℃，干燥时间为8-18h。

13、第二方面，本发明提供了一种氡气吸附材料，所述氡气吸附材料采用上述制备方法制得。

14、本发明的有益效果：

15、1、本发明利用丰富可再生的竹子作为碳前驱体，成功的合成了孔径分布极窄的超微孔颗粒状碳吸附剂，其窄孔径分别和高的氧含量极大提高了对rn的吸附率，rn的吸附率达到90％左右。

16、2、本发明通过在多孔碳材料原位生长mofs得到复合材料，二者协同作用增强了对rn的吸附选择性。

17、3、本发明制备得到颗粒状吸附剂解决了现有多孔碳吸附剂以细粉末的形式存在的，不能在工业吸附柱中直接利用的问题，为工业上氡的滤除提供了一种新型吸附材料。

技术特征：

1.一种氡气吸附材料的制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

2.如权利要求1所述的制备方法，其特征在于，步骤(1)中所述管式炉中以5-15℃/min的速率加热到500-1000℃，所述氩气氛围为以20-50ml/min的流速持续通入氩气。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤(2)中所述k2co3和颗粒碳的质量比为3:1。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述管式炉以5-20℃/min的速率加热到800-1000℃，所述氩气氛围为以20-50ml/min的流速持续通入氩气。

5.如权利要求4所述的制备方法，其特征在于，步骤(3)中所述真空干燥的温度为60-100℃，干燥时间为12-48h。

6.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述cu(no3)2·3h2o、均苯三甲酸和二甲基亚砜摩尔比为1:0.1-0.5:2-10，所述cu(no3)2·3h2o与多孔碳的用量比为1:1-20，mol:g。

7.如权利要求5所述的制备方法，其特征在于，步骤(4)中所述真空干燥的温度为60-120℃，干燥时间为8-18h。

8.一种氡气吸附材料，其特征在于，所述氡气吸附材料采用权利要求1-7任意一项所述制备方法制得。

技术总结
本发明公开了一种氡气吸附材料及其制备方法，涉及气体吸附材料技术领域，采用丰富且可再生的竹子作为前驱体材料，使用碳酸钾作为致孔剂，在高温下一步制备了具有良好的机械强度的颗粒碳吸附剂，同时通过具有可调节孔隙率的MOFs材料原位生长在制备所得的碳材料上，制备得到氡气吸附材料。本发明利用丰富可再生的竹子作为碳前驱体，成功的合成了孔径分布极窄的超微孔颗粒状碳吸附剂，其窄孔径分别和高的氧含量极大提高了对Rn的吸附率，Rn的吸附率达到90％左右。

技术研发人员：彭婷,刘华丽,丁佰锁
受保护的技术使用者：理工清科（重庆）先进材料研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/17