生物基材料在碘吸附中的研究进展

doi:10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.020

中国塑料 ›› 2023, Vol. 37 ›› Issue (11): 178-191.DOI: 10.19491/j.issn.1001-9278.2023.11.020

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生物基材料在碘吸附中的研究进展

马俊丞¹^,²(), 徐双平¹^,²(), 王馨甜¹^,², 贾宏葛¹^,², 张明宇¹^,², 蘧延庆¹^,²

^1.齐齐哈尔大学材料科学与工程学院，黑龙江齐齐哈尔 161006
^2.黑龙江省聚合物基复合材料重点实验室，黑龙江齐齐哈尔 161006

收稿日期:2023-07-12 出版日期:2023-11-26 发布日期:2023-11-22
通讯作者: 徐双平（1979—），男，副教授，从事分离和吸附材料的制备及应用研究，02228@qqhru.edu.cn
E-mail:1215319457@qq.com;02228@qqhru.edu.cn
作者简介:马俊丞(2000—)，男，硕士研究生，从事生物质/铋基材料的制备及其碘吸附性能研究，1215319457@qq.com
基金资助:
国家自然科学基金青年基金(52203093);黑龙江省省属高等学校基本科研业务费科研项目(145109117)

Research progress in biomass⁃based materials for iodine adsorption

MA Juncheng¹^,²(), XU Shuangping¹^,²(), WANG Xintian¹^,², JIA Hongge¹^,², ZHANG Mingyu¹^,², QU Yanqing¹^,²

^1.School of Materials Science and Engineering，Qiqihar University，Qiqihar 161006，China
^2.Heilongjiang Provincial Key Laboratory of Polymeric Composite Materials，Qiqihar 161006，China

Received:2023-07-12 Online:2023-11-26 Published:2023-11-22
Contact: XU Shuangping E-mail:1215319457@qq.com;02228@qqhru.edu.cn

摘要/Abstract

摘要：

综述了近年来生物基材料在碘吸附领域的研究进展，从材料制备、吸附机理和作用方面进行介绍，对影响生物基材料碘吸附性能的因素，如热解峰值温度、停留时间、活化方法等进行了总结和评估，对化学活化法中不同活化法对生物基材料的活化机理进行了深入讨论；最后对生物基材料在碘吸附领域中未来研究方向进行了展望。

关键词: 生物基材料, 碘吸附, 吸附机理, 活化机理, 研究进展

Abstract:

This paper reviewed the research progress in biomass⁃based materials used for iodine adsorption in recent years and introduced their classification in terms of their composition. Their synthesis methods， adsorption mechanisms， and adsorption effects were introduced， and their influence factors of iodine adsorption performance were summarized and evaluated， which included peak pyrolysis temperature， residence time， and activation methods. Moremover， the activation mechanisms of different activation methods for biomass⁃based materials in chemical activation methods were discussed. Finally， the future research directions of biomass⁃based materials in the field of iodine adsorption were presented based on a sustainable development concept.

Key words: biomass?based material, iodine adsorption, adsorption mechanism, activation mechanism, research progress

中图分类号:

TQ320.79

马俊丞, 徐双平, 王馨甜, 贾宏葛, 张明宇, 蘧延庆. 生物基材料在碘吸附中的研究进展[J]. 中国塑料, 2023, 37(11): 178-191.

MA Juncheng, XU Shuangping, WANG Xintian, JIA Hongge, ZHANG Mingyu, QU Yanqing. Research progress in biomass⁃based materials for iodine adsorption[J]. China Plastics, 2023, 37(11): 178-191.

图/表 16

图1 样品的扫描电子显微镜（SEM）和TEM照片［74］

Fig.1 SEM and TEM images of the samples［74］

图2 样品的SEM照片［84］

Fig.2 SEM images of the samples ［84］

图3 3个自由簇模型优化结构［57］

Fig.3 Optimized structures for three free cluster models［57］

图4 碘吸附后CDA4900的I 3d XPS光谱的峰值拟合［57］

Fig.4 Peak fitting of I 3d XPS spectra of CDA4900 after iodine adsorption ［57］

图5 掺氮生物炭的制备过程示意图［86］

Fig.5 Schematic diagram of the preparation process for N⁃doped biochar［86］

图6 生物质材料碘吸附机理示意图

Fig.6 Schematic diagram of iodine adsorption mechanism of biomass materials

吸附材料	碘吸附量/mg·g^-1	参考文献
玉米秸秆	1.96	［46］
浮萍	4.05	［47］
椰子壳	1.71	［48］
棕榈仁壳	1.28	［48］

表1 4种简单处理过的生物质材料对碘的吸附能力

Tab.1 Iodine adsorption capacity of four simply treated biomass materials

吸附材料	碘吸附量/ mg·g^-1	热解峰值温度/ ℃	停留时间/ h	参考文献
巴旦木壳	330	500	2	［50］
梧桐木	341	500	4	［51］
小麦秸秆	456	300	8	［51］
杏树鲜叶	575	300	24	［51］
褐煤与石莼	1 701	800	1	［52］
茶叶	649	455	1	［53］
艾草	750	400	2	［54］

表2 最佳热解温度和停留时间处理后的生物质碳材料对气态碘的吸附能力

Tab.2 Adsorption capacity of biomass carbon materials for gaseous iodine after optimal pyrolysis temperature and residence time treatment

吸附材料	活化剂	生物质与活化剂质量比	活化温度/℃	活化时间/min	碘吸附/mg·g^-1	参考文献
辣椒秸秆	KOH	1/2	800	150	1 042	［65］
茶叶	ZnCl₂	1/2	450	60	1 078	［66］
椰子	H₃PO₄	1/1	714	75	462	［68］
棕榈仁壳	H₃PO₄	1/1	715	75	423	［68］
板栗壳	ZnCl₂	1/1	600	45	1 525	［69］
核桃壳	KOH	1/1	800	120	740	［70］
核桃壳	H₃PO₄	1/3	1 000	120	834	［70］
松子壳	KOH	1/2	800	120	1 482	［76］

表3 活化剂对不同材料气态碘吸附的影响

Tab.3 Effect of activator on gaseous iodine adsorption of different materials

图7 KOH活化机理示意图［88］

Fig.7 Schematic diagram of KOH activation mechanism［88］

图8 氮源与碱性活化剂协同作用示意图［89］

Fig.8 Schematic diagram of synergistic action of nitrogen source and alkaline activator［89］

图9 ZnCl2活化机理示意图［90］

Fig.9 Schematic diagram of ZnCl2 activation mechanism［90］

图10 H3PO4活化机理示意图［91］

Fig.10 Schematic diagram of H3PO4 activation mechanism［91］

吸附材料	活化剂	比表面积/ m²·g^-1	平均孔径/ nm	产率/ %	参考文献
AC⁃K	KOH	1 689	2.22	11.2	［70］
AC⁃P	H₃PO₄	369	2.46	21.5	［70］
PC⁃ZnCl₂	ZnCl₂	1 655	3.28	34.6	［91］
PC⁃H₃PO₄	H₃PO₄	1 262	2.89	36.0	［91］
K⁃RPC	KOH	2 016	2.15	1.4	［92］
AC70	H₃PO₄	1 063	4.48	36.8	［93］
GAC	ZnCl₂	1 109	2.10	35.8	［94］

表4 碳前驱体不同活化技术效果对比

Tab.4 Comparison of effectiveness of different activation techniques for carbon precursors

图11 尿素水热辅助KOH活化法热重分析［96］

Fig.11 Thermogravimetric analysis of urea by hydrothermal assisted KOH activation method［96］

图12 I2在n⁃CF@OCDs表面的转化、吸附以及解吸示意图［79］

Fig.12 Schematic diagram of transformation， adsorption and desorption of I2 on the surface of n⁃CF@OCDs［79］

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生物基材料在碘吸附中的研究进展

Research progress in biomass⁃based materials for iodine adsorption

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