生物基材料在碘吸附中的研究進(jìn)展

馬俊丞，徐雙平*，王馨甜，賈宏葛，張明宇，蘧延慶

（1.齊齊哈爾大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，黑龍江 齊齊哈爾 161006；2.黑龍江省聚合物基復(fù)合材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，黑龍江 齊齊哈爾 161006）

0 前言

隨著人類社會的高速發(fā)展，各行各業(yè)對能源的需求量也急劇增大。由于傳統(tǒng)化石能源（如煤、石油及天然氣等）儲量有限，過度開采使用不僅越來越短缺，而且其燃燒產(chǎn)生的CO2會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，已經(jīng)嚴(yán)重制約人類社會的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，同時(shí)危害人類及其他生物的生存環(huán)境，世界各國迫切需要可再生、低/無碳排放能源以替代化石能源［1］。核能具有高能密度、安全、低的溫室氣體排放和性價(jià)比高等優(yōu)點(diǎn)，已成為世界各國大力開發(fā)用于替代化石能源的清潔能源之一［2-6］。然而，核裂變反應(yīng)產(chǎn)生的放射性物質(zhì)會在后期的處理排放，以及突發(fā)核事故泄漏中造成嚴(yán)重環(huán)境污染，進(jìn)而威脅到人類生存安全。如廢棄物之一的放射性碘，由于同位素的存在且半衰期不同［7-9］，有半衰期僅僅8 天的131I，也有長達(dá)1.57×107年129I，后處理困難［10-11］。如果直接排到環(huán)境中，這些放射性碘會通過食物鏈進(jìn)行生物積累，從而影響人體的代謝過程導(dǎo)致身體受損［12-16］。世界兩次大的核事故（切爾諾貝利、福島核電站泄漏事故），其核泄漏對周邊地區(qū)環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞和污染，特別是突發(fā)大地震造成的日本福島核泄漏事件，污染該地周邊47個(gè)縣的飲用水，最大的危害是污染周邊海域［17-18］。因此，為了處理核廢料或者應(yīng)對核事故中的放射性碘的危害，開發(fā)和制備高效、環(huán)保和價(jià)廉的吸附材料已成為去除碘污染的核心任務(wù)。

吸附法被公認(rèn)為是一種行之有效的碘捕獲方法，按吸附材料分為液體吸收法和固相吸附法［19］。目前工業(yè)上多以固相吸附法為主，基于材料本身結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)等因素，能跟碘形成有效的化學(xué)、物理或二者兼具的有效結(jié)合，從而從氣相或液相中捕獲碘［20-21］。其中以多孔材料（如活性炭、沸石等）等為載體，將有機(jī)胺類物質(zhì)通過浸漬法負(fù)載其上，此類材料具有很高的碘吸附性能和凈化效果，而且工藝簡單。然而，受材料成分的影響，如有機(jī)胺本身易升華，會降低材料對碘的吸收容量；此類材料在對碘的吸附過程多為放熱過程，有機(jī)胺會降低浸漬吸附材料的燃點(diǎn)，易造成火災(zāi)隱患；除此，浸漬碳易老化、風(fēng)化，再生能力差，難以重復(fù)利用，易造成捕集碘脫吸，造成二次污染［22-23］。也有研究將活性銀負(fù)載到各種固體上用來吸附碘，但是這些碘吸附劑不僅昂貴，而且捕獲后生成的碘化銀不穩(wěn)定，易揮發(fā)造成二次污染使其應(yīng)用受到很大的限制［24-27］。為了克服這些缺點(diǎn)，各種多孔材料，如金屬有機(jī)框架（MOFs）［28-32］、共軛微孔聚合物（CMPs）［33-35］、共價(jià)有機(jī)框架（COFs）［36-39］以及雙層氫氧化物［40］等被制備用于吸附和捕獲碘。相較于這些材料，生物質(zhì)材料以其來源廣泛、價(jià)廉、可降解等優(yōu)勢，在對放射性碘的吸附和捕獲中，由于其獨(dú)特的多孔結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)多樣化，表現(xiàn)出對放射性碘高吸附和捕獲能力，已成為解決能源和環(huán)境可持續(xù)性問題的重要資源［41］。特別是在有限氧環(huán)境下通過熱解自然界生物質(zhì)材料獲得的富碳多孔材料備受關(guān)注［42-45］。本文綜述了近年來生物基材料在碘吸附領(lǐng)域的應(yīng)用研究，從最初的簡單處理到熱解制備生物基多孔材料，重點(diǎn)介紹熱解后材料的吸附效果、吸附機(jī)理和作用，以及前驅(qū)體的活化方法及效果；最后對生物基材料在碘吸附領(lǐng)域中未來研究方向進(jìn)行了展望。

1 生物質(zhì)材料對碘的吸附機(jī)理分析

1.1 孔隙結(jié)構(gòu)

對于各類生物質(zhì)碘吸附材料，它們之間碘吸附性能的差異很大程度上取決于它們之間的比表面積、總孔隙體積以及平均孔隙直徑的差異。優(yōu)異且獨(dú)特的孔隙結(jié)構(gòu)可以極大地提高比表面積、增大總孔隙體積，以至于能夠提供更多的吸附位點(diǎn)來提高碘吸附性能。Ma 等［74］利用木質(zhì)素這種天然高分子材料作為碘吸附材料，采用硬模板法，以MgO 為硬模板，以KOH 和NaOH 為化學(xué)活化劑，將MgO 中的有序結(jié)構(gòu)引入木質(zhì)素使木質(zhì)素材料形成良好的孔隙結(jié)構(gòu)，合成了木質(zhì)素基花狀碳材料。圖1 從左往右，第一幅圖中所制備的MgO 模板具有由厚度小于100 nm 的相互連接的納米片構(gòu)成的三維花狀團(tuán)簇結(jié)構(gòu)。三維納米片可以產(chǎn)生大量的相互連接的大孔，以促進(jìn)木質(zhì)素在模板上的均勻涂布。第二幅圖中，不使用MgO 模板制備的且利用KOH 活化的LC-K 呈現(xiàn)出塊狀結(jié)構(gòu)。第三幅圖為LFC-KN樣品的投射電子顯微鏡（TEM）照片，利用MgO模板以及KOH、NaOH 的混合物作為化學(xué)活化劑，在LFC-KN上可以觀察到，在利用碳化-活化過程后，樣品仍然保持了三維花狀結(jié)構(gòu)，并出現(xiàn)直徑為30 nm 的介孔，表明LFC-KN 具有多孔的層次結(jié)構(gòu)。結(jié)果顯示，因其優(yōu)異的多孔層次結(jié)構(gòu)以及化學(xué)活化后出現(xiàn)的介孔構(gòu)造，LFC-KN 在I2/KI 溶液中可以達(dá)到1 292 mg/g 的碘吸附性能。

圖1 樣品的掃描電子顯微鏡（SEM）和TEM照片 ［74］Fig.1 SEM and TEM images of the samples［74］

Yin等［84］利用工業(yè)木質(zhì)素，在不需要化學(xué)添加劑的條件下只使用一種加熱方法成功制備出合成尺寸可控的碳泡沫。探究了溫度、停留時(shí)間和加熱速率對衍生的木質(zhì)素泡沫/碳泡沫的形成和特性影響（圖2）。其中，KLPC300-2-5 中300 表示熱解峰值溫度，2 表示峰值溫度停留時(shí)間，5 代表升溫速率。結(jié)果表明，KLPC280-2-5 擁有最佳的碘吸附性能，其碘吸附量為182 mg/g。SEM 照片分析結(jié)果表明，KLPC280-2-5 樣品相較于其他2個(gè)多孔碳材料，其為分層多孔狀結(jié)構(gòu)以及含有大量蠕蟲狀微孔，而其余2個(gè)材料表面光滑且孔隙結(jié)構(gòu)中介孔和大孔為主，這或許能夠證明以微孔結(jié)構(gòu)為主的多孔碳材料在氣態(tài)碘吸附中碘吸附性能較好［74］，孔隙結(jié)構(gòu)對于材料在不同環(huán)境應(yīng)用下的碘吸附性能具有顯著影響。

圖2 樣品的SEM照片［84］Fig.2 SEM images of the samples ［84］

1.2 含氧官能團(tuán)

生物質(zhì)材料對碘的吸附受本身含氧官能團(tuán)影響很大，例如含有醛基（—COH）、羧基（—COOH）以及酰胺基等官能團(tuán)，可以增強(qiáng)碘和生物質(zhì)活性炭之間的相互作用［57-59］。如果以靜電吸引以及表面絡(luò)合起主要作用時(shí)，氣態(tài)碘吸附中吸附劑表面的碘主要是I2的形式。而在溶液中碘主要是以碘酸鹽的形式（IO-3）存在，因此其中主要是帶正電荷基團(tuán)影響碘吸附效率，例如帶正電的酰胺基團(tuán)與帶負(fù)電的IO-3之間的靜電相互作用。Xu 等［57］利用二乙酸纖維素（其O/C 原子比為0.73）作為初始碳源，利用水熱碳化以及KOH 化學(xué)活化法制備成了富氧微孔碳。在KOH 和水熱炭質(zhì)量比為4/1，化學(xué)活化溫度為900 ℃，升溫速率為3 ℃/min 的條件下制備成的CDA4900 的碘吸附性能為6.44 g/g，其表面氧含量為20.3 %。圖3 進(jìn)行了密度泛函理論（DFT）計(jì)算，利用3 個(gè)模型分析了I2與石墨烯（C24H12）和氧化石墨烯（C24O12H6和C24O15）之間的相互作用。對于B97D函數(shù)，孤立的I2分子中的I—I 鍵距為2.883?。圖3（d）是使用了B97D 功能的C24H12-I2系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，I—C的鍵距為8.152 ?，而I—I 的鍵距沒有變化，其吸附能被估計(jì)為-0.8 kJ/mol，表明相互作用非常弱。圖3（e）為C24O12H6-I2系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，吸附能最多為-38.5 kJ/mol，在3 個(gè)模型中最為穩(wěn)定。圖3（f）為C24O15-I2系統(tǒng)的優(yōu)化結(jié)構(gòu)，吸附能為-34.6 kJ/mol。在C24O12H6-I2和C24O15-I2系統(tǒng)中，I—C 的最近鍵距分別為3.662 ? 和3.642 ?，其遠(yuǎn)遠(yuǎn)短于在C24H12-I2系統(tǒng)中的鍵距，并且I—O 的最近距離也很短，分別為4.033 ? 和4.033 ?。DFT 計(jì)算結(jié)果表明表面含氧功能團(tuán)的存在增強(qiáng)了碘和碳基材料之間的相互作用。

圖4 為碘吸附后CDA4900 的I 3d X 射線光電子能譜（XPS）的峰值擬合。由圖所示，I 3d的峰由兩部分組成的，表明其中存在I—I 鍵和I—O 鍵，表明碘吸附形式除了孔隙填充以外，碳材料表面的含氧官能團(tuán)也能夠與碘發(fā)生相互作用增強(qiáng)材料的碘吸附能力。

圖4 碘吸附后CDA4900的I 3d XPS光譜的峰值擬合［57］Fig.4 Peak fitting of I 3d XPS spectra of CDA4900 after iodine adsorption ［57］

1.3 含氮官能團(tuán)

在碳氮連接的共價(jià)有機(jī)框架中，以I2和I-3形式存在的碘主要都是與吸附材料中的氨基結(jié)合，而不是其中的苯基［85］；當(dāng)?shù)馕皆谖讲牧媳砻婧螅ㄟ^XPS實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氮元素結(jié)合能出現(xiàn)紅移現(xiàn)象，表明由于與碘的相互作用，氮元素周圍的電子密度增加［60］。根據(jù)路易斯酸堿理論，I2作為路易斯酸，而帶有孤對電子的氮元素作為路易斯堿，兩者之間有著很強(qiáng)的相互作用，出現(xiàn)了氮的孤對電子到I2的電子轉(zhuǎn)移（N…I2→N+I-），導(dǎo)致了碘陰離子（I-3和I-5）的形成。實(shí)驗(yàn)表明，生物質(zhì)材料碘吸附性能不僅受本身含氧官能團(tuán)的影響，含氮官能團(tuán)對其性能影響也存在著顯著作用。Che 等（圖5）［86］以甘蔗渣為原料，以三聚氰胺為氮源，以NaHCO3為成孔劑，通過一鍋式熱解制備了一種新型的以甘蔗渣為原料的摻氮生物炭（NSB），繼而利用NSB 吸附水中的環(huán)丙沙星（CIP）。

圖5 摻氮生物炭的制備過程示意圖［86］Fig.5 Schematic diagram of the preparation process for Ndoped biochar［86］

氮摻雜后在以甘蔗渣為原料的生物質(zhì)碳材料中存在形式為吡啶氮、吡咯氮、石墨氮和氧化氮。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，三聚氰胺和NaHCO3的聯(lián)合添加比單獨(dú)添加NaHCO3能產(chǎn)生更多的微孔，這可能是由于NaHCO3和三聚氰胺在碳化過程中合作形成的孔隙，在上述條件下成功制備出比表面積高達(dá)1 712 m2/g 的多孔生物炭，并在水中的環(huán)丙沙星吸附能力高達(dá)212 mg/g。

綜上所述，如圖6所示，生物質(zhì)材料對碘吸附主要存在5種機(jī)制：依靠生物質(zhì)材料獨(dú)特且優(yōu)異的孔隙結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)孔隙填充；利用羰基、羧基、羥基等含氧官能團(tuán)實(shí)現(xiàn)靜電吸引和氫鍵結(jié)合；含有的木質(zhì)素、纖維素等天然高分子材料其具有的苯環(huán)π鍵實(shí)現(xiàn)π鍵疊加；憑借生物質(zhì)材料自身具有以及通過氮摻雜處理后存在的氨基進(jìn)行電子轉(zhuǎn)移實(shí)現(xiàn)路易斯酸堿作用。

圖6 生物質(zhì)材料碘吸附機(jī)理示意圖Fig.6 Schematic diagram of iodine adsorption mechanism of biomass materials

2 生物質(zhì)材料對碘的吸附

2.1 簡單處理生物質(zhì)材料的碘吸附

用于碘吸附生物質(zhì)材料最原始、便捷的方法是經(jīng)過簡單清洗去除雜質(zhì)，然后通過干燥、研磨成細(xì)小固體等一系列處理來直接實(shí)現(xiàn)碘吸附，例如玉米秸稈［46］、浮萍，將玉米秸稈或者浮萍利用去離子水反復(fù)清洗以去除多余例如淤泥以及沙粒等雜質(zhì)和鹽分，在60 ℃條件下將上述材料干燥至恒重，篩查出直徑在125 μm 和187.5 μm 之間的顆粒，經(jīng)過上述處理的生物質(zhì)材料雖然能夠成功實(shí)現(xiàn)碘的吸附，但效果卻差強(qiáng)人意。對生物質(zhì)進(jìn)行預(yù)處理能夠以較為簡單的操作步驟較好地提升碘吸附性能，椰子殼和棕櫚仁殼［48］分別利用了酸性（H3PO4）、堿性（NaOH）以及水這3 種預(yù)處理方法來改善，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明椰子殼和棕櫚仁殼碘吸附值相較于未處理之前分別提高到20.14 mg/g 以及23.86 mg/g（未處理之前為1.71 mg/g 和1.28 mg/g），對生物質(zhì)材料的預(yù)處理能夠創(chuàng)造更為優(yōu)異的多孔結(jié)構(gòu)來顯著影響生物質(zhì)材料的碘吸附性能，吸附效果如表1所示。盡管，此類經(jīng)過簡單處理的生物質(zhì)材料的碘吸附效果要想達(dá)到工業(yè)化應(yīng)用還有一定差距，不過也為生物質(zhì)材料在碘吸附領(lǐng)域提供了思路。

表1 4種簡單處理過的生物質(zhì)材料對碘的吸附能力Tab.1 Iodine adsorption capacity of four simply treated biomass materials

2.2 生物質(zhì)熱解碳材料的碘吸附

生物質(zhì)材料通過熱解后形成多孔碳材料將是原始材料碘吸附量的幾十倍甚至上百倍。熱解制備生物炭制備過程大多為在氮?dú)狻鍤獾缺Ｗo(hù)氣體下，將經(jīng)過簡單預(yù)處理的粉末狀生物質(zhì)材料在管式爐中以一定的升溫速率加熱到某個(gè)峰值溫度，再在此溫度下恒溫一段時(shí)間，冷卻至室溫后取出生物質(zhì)碳材料。大量研究實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，影響生物質(zhì)熱解碳材料對碘吸附性能主要為熱解峰值溫度以及停留時(shí)間［49］；當(dāng)然，前驅(qū)體的酸堿預(yù)處理、升溫速率將對生物質(zhì)材料碳化產(chǎn)物中的產(chǎn)率，灰分含量、表面官能團(tuán)及孔隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定影響。總之，選擇合適的酸堿處理劑、升溫速率、熱解時(shí)間以及熱解溫度的目的是提高產(chǎn)率，減少灰分含量以及形成良好的孔隙結(jié)構(gòu)［50-56］，吸附效果如表2所示。適當(dāng)熱解峰值溫度和停留時(shí)間對于生物質(zhì)碳材料至關(guān)重要，因?yàn)闊峤夥逯禍囟容^低、停留時(shí)間較短，生物質(zhì)材料中所包含的某些揮發(fā)性雜質(zhì)去除效率不高，產(chǎn)物當(dāng)中存在的雜質(zhì)會對單位吸附量產(chǎn)生誤差，并且存在的雜質(zhì)進(jìn)而導(dǎo)致生物質(zhì)材料原本具有的孔隙結(jié)構(gòu)以及孔隙結(jié)構(gòu)表面官能團(tuán)因?yàn)楸浑s質(zhì)所包裹所覆蓋而與碘接觸面積不足，導(dǎo)致生物質(zhì)材料碘吸附量下降；反之如果熱解峰值溫度較高、停留時(shí)間較長，一是會導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)表面利于碘吸附的官能團(tuán)在高溫影響下數(shù)量下降、活性降低；二是對于材料的孔隙結(jié)構(gòu)，過高的溫度不僅會導(dǎo)致孔隙融化和融合，而且會導(dǎo)致孔隙坍塌，造成部分孔隙堵塞，致使生物質(zhì)材料碳材料的微孔數(shù)量下降，而介孔數(shù)量增多，總的孔隙數(shù)量以及比表面積下降，不利于吸附材料對碘的吸附。總之，大多數(shù)生物質(zhì)材料的最佳熱解峰值溫度，應(yīng)在300～500 ℃之間；對于停留時(shí)間，應(yīng)在1～4 h 之間。若要尋找出最佳熱解峰值溫度以及停留時(shí)間，目前主要通過響應(yīng)面法優(yōu)化各種條件得出最佳工藝參數(shù)。

表2 最佳熱解溫度和停留時(shí)間處理后的生物質(zhì)碳材料對氣態(tài)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

3 生物質(zhì)碳材料前驅(qū)體的活化

材料的孔隙結(jié)構(gòu)對放射性碘的吸附也有很大的影響，通過對生物質(zhì)碳材料前驅(qū)體的活化能有效改變其孔隙結(jié)構(gòu)，使其成為多孔微晶結(jié)構(gòu)，從而提高微孔數(shù)量，增大比表面積。一是可以提供更多的碘吸附空間，二是可以增加碘與吸附材料的接觸面積，提供更多吸附活性位點(diǎn)，使微孔表面官能團(tuán)更好地發(fā)生吸附作用，增大吸附材料的表面絡(luò)合和靜電吸引。目前，制備生物質(zhì)碳材料多采用物理和化學(xué)活化對其前驅(qū)體進(jìn)行活化。

3.1 物理活化法

物理活化法主要以水和二氧化碳為活化劑，一是操作簡單、安全，原材料無須干燥，活化溫度不高易于操控，不需要過分注重在使用過程中的活化劑的具體操作，例如水與原料的比例、活化劑對于設(shè)備腐蝕性問題以及后續(xù)殘留在材料上活化劑的去除；二是成本低，副產(chǎn)物少不需要處理，適合大規(guī)模生產(chǎn)；三是加熱過程中會產(chǎn)生蒸氣壓進(jìn)一步促進(jìn)孔隙結(jié)構(gòu)的形成，產(chǎn)生更為開放的孔隙結(jié)構(gòu)；四是產(chǎn)量高，由于熱解峰值溫度越高，就會導(dǎo)致活性炭的產(chǎn)量越低，而物理活化的溫度大多在200～250 ℃［61-63］。

物理活化法的反應(yīng)原理是利用碳與水、二氧化碳或者兩者與其他氧化性氣體的混合氣體的反應(yīng)來改變孔隙結(jié)構(gòu)，在活化過程中，生物質(zhì)中的木質(zhì)素、纖維素等物質(zhì)會被分解，并且能夠使生物質(zhì)中所包含的羧基以及醛基等官能團(tuán)發(fā)生降解，產(chǎn)生脫水以及脫羧等現(xiàn)象，使一部分碳被蝕刻，促進(jìn)微孔結(jié)構(gòu)形成，以及產(chǎn)生多種氣體促進(jìn)進(jìn)一步活化，生成更為開放的孔隙結(jié)構(gòu)［64］，見式（1）～（3）：

雖然物理活化法具有產(chǎn)量高，操作簡單，在使用過程中無須添加額外化學(xué)活化劑，產(chǎn)物后處理簡單，免清洗等優(yōu)點(diǎn)，但是吸附力較弱，孔狀結(jié)構(gòu)數(shù)目、總孔隙體積、平均孔隙直徑、比表面積等都不高，最終導(dǎo)致碘吸附量上差距更為明顯。所以目前利用化學(xué)活化法來提高吸附材料的碘吸附能力、降低化學(xué)活化處理成本、擴(kuò)大使用范圍、提高利用率以及重復(fù)使用率成為利用生物質(zhì)材料吸附碘的未來發(fā)展方向。

3.2 化學(xué)活化法

化學(xué)活化法活化生物質(zhì)碳材料前驅(qū)體對碳材料的影響，主要有活化劑種類的選擇、生物質(zhì)材料與活化劑的比例、活化溫度及停留時(shí)間［65-68］。化學(xué)活化生物質(zhì)碳材料制備過程為將前文提到的在一定條件下被熱解的生物質(zhì)碳材料與化學(xué)活化劑研磨成粉末混合或者將化學(xué)活化劑溶解于溶劑中使生物質(zhì)碳材料浸漬于溶液中，之后再將經(jīng)過處理后的碳材料在保護(hù)氣體下以某一溫度熱解（化學(xué)活化溫度大多在600～900 ℃），在峰值溫度下恒溫特定時(shí)間就可成功制備生物質(zhì)多孔活性炭。化學(xué)活化法有堿、金屬鹽以及酸性活化法，常見的活化劑有H3PO4、ZnCl2、NaOH、KOH 以及K2CO3等［68-76］，活化后材料對碘吸附量如表3所示。

表3 活化劑對不同材料氣態(tài)碘吸附的影響Tab.3 Effect of activator on gaseous iodine adsorption of different materials

3.2.1 堿性活化法

如以KOH為活化劑時(shí)，反應(yīng)原理見式（4）～（10）：

圖7為KOH活化生物質(zhì)碳材料前驅(qū)體的活化機(jī)理示意圖，KOH 與碳接觸并反應(yīng)時(shí)，先是碳基體被KOH所蝕刻，通過氧化還原反應(yīng)能夠創(chuàng)造豐富微孔，并且反應(yīng)過程中生成了一氧化碳、二氧化碳、氫氣和水，其中水與碳會產(chǎn)生物理活化效果，而一氧化碳、二氧化碳和氫氣會提高碳的氣化，形成更為開放的孔隙結(jié)構(gòu)并且過程中產(chǎn)生的金屬離子鉀能夠插入碳框架和擴(kuò)大碳晶格。除此，KOH 與碳基體的反應(yīng)中的中間產(chǎn)物含有碳酸鉀，K2CO3與KOH 相似都能夠作為活化劑，K2CO3不僅能直接與碳基體反應(yīng)，蝕刻碳基體產(chǎn)生豐富孔隙結(jié)構(gòu)，并且K2CO3在高溫下能夠分解成氧化鉀，K2O 也能蝕刻碳基體，產(chǎn)生的一氧化碳和二氧化碳同樣能促進(jìn)碳的氣化。雖然KOH 制備的多孔活性炭在孔隙結(jié)構(gòu)生成方面有突出表現(xiàn)并且對碘表現(xiàn)出優(yōu)異的吸附性能。但是前文提到的化學(xué)活化的一些缺點(diǎn)，KOH 作為一種強(qiáng)堿，其一是高溫下會對反應(yīng)器以及儲存設(shè)備造成極大的腐蝕，減短設(shè)備使用壽命，其二是KOH 雖然自身對于環(huán)境無害，但在活化過程完成后的殘留物以及副產(chǎn)物會造成額外的環(huán)境污染，所以基于KOH 的活化方法并沒有在工業(yè)生產(chǎn)中大規(guī)模使用，KOH 的應(yīng)用受到限制。K2CO3其本身是低腐蝕性的，而且上文中提到的KOH 的對于碳基體的活化原理，例如對碳的蝕刻、水蒸氣等氣體的物理活化過程以及金屬K 能夠插入碳框架中擴(kuò)大碳晶格，K2CO3都能實(shí)現(xiàn)，并且KOH活化的多孔炭具有比表面積大、平均孔隙直徑大以及碳框架中的分層的孔隙網(wǎng)絡(luò)等特點(diǎn)，K2CO3的產(chǎn)物也都具備。并且之前研究發(fā)現(xiàn)，K2CO3以及利用K2CO3活化過程中的中間產(chǎn)物K2O 可以與含氮基團(tuán)反應(yīng)生成氰酸鉀，進(jìn)一步蝕刻碳骨架，促進(jìn)窄介孔的形成，形成更大的平均孔隙直徑和更大的比表面積［42］，見式（11）～（12）。所以利用K2CO3替代KOH 來實(shí)現(xiàn)化學(xué)活化是工業(yè)生產(chǎn)中能夠考慮并且使用的生產(chǎn)方向。

圖7 KOH活化機(jī)理示意圖［88］Fig.7 Schematic diagram of KOH activation mechanism［88］

氨基等含氮官能團(tuán)已被證明能夠提升材料碘吸附性能［85］。同時(shí)摻入氮源以及堿性活化劑時(shí)，吡啶-N、石墨-N 等含氮基團(tuán)能夠在600～800 ℃的高溫下與堿性活化劑充分反應(yīng)，生成NH3，在碳中形成更豐富的多孔結(jié)構(gòu)［87］。同時(shí)摻入氮源以及堿性活化劑時(shí)在不同溫度階段所起的作用不盡相同［89］。如圖8所示，當(dāng)溫度在700 ℃以下時(shí)，兩者之間不能發(fā)生有效反應(yīng)，氮源主要作用為實(shí)現(xiàn)氮摻雜，提供含氮官能團(tuán)。當(dāng)溫度在700 ℃以上時(shí)，摻雜進(jìn)的含氮結(jié)構(gòu)可以與堿性活化劑協(xié)同作用，能夠?qū)诫s進(jìn)的含氮結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化為含氧氮結(jié)構(gòu)，并部分從碳中釋放出來，形成更多的孔隙結(jié)構(gòu)，提供更多的可吸附位點(diǎn)來提高材料的碘吸附性能。

圖8 氮源與堿性活化劑協(xié)同作用示意圖［89］Fig.8 Schematic diagram of synergistic action of nitrogen source and alkaline activator［89］

3.2.2 金屬鹽活化法

以ZnCl2為例，其活化效果相較于其他金屬鹽活化劑來說性能更加優(yōu)異、表現(xiàn)更加突出，反應(yīng)原理見式（13）～（14）：

圖9為ZnCl2活化生物質(zhì)碳材料前驅(qū)體的活化機(jī)理示意圖，ZnCl2熔點(diǎn)較低，為283～293 ℃，在500 ℃以上的活化溫度下，可以更好地與碳表面接觸。同時(shí)，Zn2+半徑為74 pm，小于Na+、K+和Ca2+等常見金屬鹽離子的半徑，這有助于生物質(zhì)碳材料微孔結(jié)構(gòu)的形成。當(dāng)ZnCl2濃度較高時(shí)，與水反應(yīng)生成羥基二氯鋅酸（H［Zn-Cl2（OH）］），酸具有腐蝕性，對生物質(zhì)碳材料起蝕刻作用，以清除雜質(zhì)并形成孔隙結(jié)構(gòu)。另一方面，ZnCl2與生物質(zhì)碳材料混合后，隨著溫度的升高，ZnCl2或ZnO不僅不會揮發(fā)，反而會使部分ZnCl2或ZnO 留在孔隙結(jié)構(gòu)中，從而改變碳的熱解行為，獲得較低的焦油［90］。

圖9 ZnCl2活化機(jī)理示意圖［90］Fig.9 Schematic diagram of ZnCl2 activation mechanism［90］

ZnCl2具有催化脫水作用，有助于高溫下熱解反應(yīng)的產(chǎn)生以及芳香族化合物的縮合反應(yīng)，而且能夠使生物質(zhì)材料中的木質(zhì)素和纖維素產(chǎn)生降解［77］，木質(zhì)素和纖維素中的碳氧鍵（C—O）、羥基（OH）、甲氧基（OCH3）等基團(tuán)中的氧元素和氫元素會以CO、CO2、H2和水汽等形式放出，產(chǎn)物中的鋅（Zn）金屬原子與K 金屬原子類似也能夠插入碳框架中，ZnCl2自身對纖維素等物質(zhì)降解的蝕刻作用以及中間產(chǎn)物中氣體對于生物質(zhì)材料的物理活化過程能夠極大地促進(jìn)孔隙的形成。對于微孔表面官能團(tuán)，它能夠促進(jìn)其中含氧官能團(tuán)例如羧基（COOH）的含量增加，研究已經(jīng)表明［32］，無論是在干燥條件下還是潮濕條件下，含氧官能團(tuán)可以增強(qiáng)碘與碳基材料之間的相互作用，促進(jìn)吸附材料提升對碘的吸附能力。與前文中的KOH 活化劑相比較，Zn-Cl2的優(yōu)勢在于一是作為鹽類活化劑，與堿性活化劑相比腐蝕性大大降低，對設(shè)備的要求降低以及能夠延長設(shè)備的使用壽命；二是ZnCl2活化過程中，誘導(dǎo)碳前驅(qū)體中大量的氧原子和氫原子以H2O 的形式去除而不是碳?xì)浠衔锘蚝跤袡C(jī)物，導(dǎo)致產(chǎn)率增加，雖然ZnCl2的主要活化原理并不是對于碳基體的蝕刻，相較于KOH 對于碳基體的強(qiáng)蝕刻作用能夠創(chuàng)造大量微孔，ZnCl2在比表面積的提升上并沒有KOH 有著突出的表現(xiàn)，但是KOH 對于碳基體的強(qiáng)蝕刻作用在創(chuàng)造大量微孔的同時(shí)，也造成了生物質(zhì)材料中碳骨架的破壞，引起原本生物質(zhì)材料中自身所有的孔隙結(jié)構(gòu)塌陷，得到的生物質(zhì)活性炭產(chǎn)率低，并且前文中提到的與含氮基團(tuán)的反應(yīng)，KOH 又會引起N 元素等元素的失去，不利于后續(xù)拓寬生物質(zhì)活性炭的使用范圍；三是能夠形成介孔，研究中發(fā)現(xiàn)利用KOH 活化劑能產(chǎn)生大量微孔，而利用NaOH/KOH 共晶化合物能夠造成更多的碳缺陷結(jié)構(gòu)，形成介孔。在I2/KI 溶液中對于碘的吸附，介孔更有利于碘溶液在吸附材料中孔隙的傳輸，并可以有效防止碘分子在孔隙的聚集。為了不破壞生物質(zhì)材料中本來就具有的孔隙結(jié)構(gòu)，又能提高生物質(zhì)活性炭的吸附能力同時(shí)活性炭產(chǎn)率保持在較高水平，ZnCl2類似的銅鹽例如CuCl2等也可以達(dá)到與ZnCl2相似的活化水平［78］，見式（15）～（16）：

CuCl2利用氧化還原反應(yīng)對于碳的蝕刻并沒有KOH 劇烈，不會大規(guī)模造成孔隙結(jié)構(gòu)的坍塌，而且產(chǎn)率高，生成的少量中間產(chǎn)物CuCl、HCl能繼續(xù)活化生物質(zhì)碳材料，當(dāng)生物質(zhì)材料與CuCl2比例達(dá)到1/10 時(shí)能夠達(dá)到最佳的活化效果。

3.2.3 酸性活化法

酸性活化法，如H3PO4作為化學(xué)活化劑，一是能促進(jìn)吸附材料微孔表面含氧官能團(tuán)的含量增加，尤其是羧基（—COOH）的數(shù)量增加，而酸性條件下含氧官能團(tuán)能夠與H+反應(yīng)生成COOH2+等陽離子［52］，碘在水溶液中主要以IO-3和I-的形式存在［79］，則通過H3PO4活化形成的陽離子與水中IO-3等陰離子通過正負(fù)電荷相互吸引作用，提升生物質(zhì)材料碘吸附能力。二是對于孔隙結(jié)構(gòu)，在酸性水解作用影響下，H3PO4能夠產(chǎn)生脫水、降解以及凝結(jié)等一系列化學(xué)反應(yīng)，進(jìn)而破壞多糖鏈中的苷鍵，還會對木質(zhì)素產(chǎn)中的芳醚鍵產(chǎn)生裂解，生成磷酸鹽基團(tuán)，其與金屬K、Zn類似，能插入碳基體框架中，促進(jìn)有機(jī)物與碳基體分離，引起結(jié)構(gòu)擴(kuò)張。在用H3PO4作為活化劑熱解生物質(zhì)材料的過程中，可以發(fā)現(xiàn)孔隙結(jié)構(gòu)存在著明顯的尺寸和形態(tài)變化，概括大致為3個(gè)階段：首先在溫度較低時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)會發(fā)生收縮；但在中間溫度時(shí)，孔隙結(jié)構(gòu)又會發(fā)生擴(kuò)張；但又當(dāng)溫度超過450 ℃，前文中提到的熱解溫度過高時(shí)的孔隙結(jié)構(gòu)坍塌以及插入碳基體框架中的磷酸鹽鏈接被破壞，導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)會發(fā)生二次收縮，介孔又會被微孔所替代［80］；三是相較于前文提到的KOH和ZnCl2，H3PO4活化的生物質(zhì)活性炭產(chǎn)率顯著提高。在活化過程中H3PO4與生物質(zhì)材料反應(yīng)可能導(dǎo)致磷酸纖維素酯的形成，由于交聯(lián)反應(yīng)機(jī)制，材料中會產(chǎn)生P—O—C 型基團(tuán)以及可能會產(chǎn)生C—O—PO3型基團(tuán)［81］，例如（CO）3PO、（CO）2PO2以及（CO）PO3，因此導(dǎo)致了羧基、酮、醛等基團(tuán)中的C=O 振動(dòng)減弱。總的說來，H3PO4提高了生物質(zhì)材料交聯(lián)程度，導(dǎo)致材料中C 元素最大程度地保留，提高了生物質(zhì)活性炭產(chǎn)率。Xia 等［91］以H3PO4為化學(xué)活化劑將棉紡織廢料轉(zhuǎn)變成生物質(zhì)多孔碳（PC），并通過不同溫度階段下的熱重分析較好地說明了H3PO4的活化機(jī)理。如圖10所示，當(dāng)溫度低于120 ℃時(shí)，由于材料中的水分和H3PO4在此溫度下蒸發(fā)，以H3PO4為化學(xué)活化劑的生物質(zhì)多孔碳質(zhì)量損失約為9.3 %。在H3PO4化學(xué)活化過程中，第二階段（120～200 ℃）發(fā)生纖維素的脫水和鍵斷裂過程，碳結(jié)構(gòu)前驅(qū)體逐漸形成。在200～400 ℃范圍內(nèi)觀察到約21.1 %的質(zhì)量損失，產(chǎn)生了磷酸酯形式的交聯(lián)結(jié)構(gòu)，并伴隨著大量的熱釋放形成了穩(wěn)定的磷酸-碳結(jié)構(gòu)。此階段中，纖維素與H3PO4反應(yīng)產(chǎn)生的揮發(fā)性化合物如CO、CO2、H2O 等的生成促進(jìn)了微孔的形成。此外，磷酸的選擇性氧化和侵蝕形成了發(fā)育良好的微孔。另一方面，碳結(jié)構(gòu)的擴(kuò)展有利于中孔的形成。以H3PO4為化學(xué)活化劑的生物質(zhì)多孔碳產(chǎn)率約為36 %高于產(chǎn)率為34 %的以ZnCl2為化學(xué)活化劑的生物質(zhì)多孔碳。

圖10 H3PO4活化機(jī)理示意圖［91］Fig.10 Schematic diagram of H3PO4 activation mechanism［91］

通過上述關(guān)于堿性、金屬鹽以及酸性這3種化學(xué)活化方法的活化原理討論以及表4 中的不同化學(xué)活化方法效果對比結(jié)果，可以得出初步結(jié)論：如果想要得到更高的比表面積、微孔數(shù)量，可以選擇蝕刻作用較為劇烈的KOH 等強(qiáng)堿；如果想要得到特定的孔隙結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)特定的使用場景，例如利用介孔提升活性炭在碘溶液中的吸附能力，可以考慮采用ZnCl2等金屬鹽，如果比較注重產(chǎn)率，可以采用H3PO4等無機(jī)酸來達(dá)到效果。

表4 碳前驅(qū)體不同活化技術(shù)效果對比Tab.4 Comparison of effectiveness of different activation techniques for carbon precursors

綜上，開發(fā)生物質(zhì)材料用于碘吸附，不僅制備簡單，而且經(jīng)濟(jì)適用，以及環(huán)保不會造成二次污染。特別儲量僅次于纖維素的第二大天然高分子材料木質(zhì)素（Lignin），由于其結(jié)構(gòu)由羧基、羥基和甲氧基組成的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能形成如范德華力、氫鍵、靜電相互作用和π-π疊加等多種分子間力，是一種經(jīng)濟(jì)和環(huán)保的碘吸附劑［82-83］。

4 生物質(zhì)材料碘吸附應(yīng)用

生物質(zhì)因?yàn)榫哂协h(huán)保、總量大、分布廣等特點(diǎn)，被認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的含碳固體可再生資源。在碘吸附應(yīng)用中，對生物質(zhì)碳材料的熱解峰值溫度、活化方法等方面的研究，不僅使生物質(zhì)衍生的碳多孔材料擁有較好的碘吸附性能，而且使生物質(zhì)碳材料能夠作為一種有效的吸附劑載體，制成生物質(zhì)復(fù)合碳材料來實(shí)現(xiàn)在某一方面性能的提升。

4.1 生物質(zhì)多孔材料實(shí)現(xiàn)碘吸附

大多數(shù)生物質(zhì)多孔碳材料僅僅通過高溫碳化活化制備而成。Luo 等［95］在將氮元素引進(jìn)由脫脂棉制成的生物質(zhì)多孔碳材料中時(shí)，利用低溫水熱輔助法，將浸泡在尿素溶液中的脫脂棉在200 ℃溫度下加熱2 h，再在800 ℃溫度下利用KOH 作為化學(xué)活化劑制備出棉基多孔碳材料（ACF）。通過對關(guān)鍵氣體分解過程的觀測，推測低溫水熱輔助法制備ACF 的化學(xué)過程。當(dāng)活化溫度在600 ℃以下時(shí)，KOH 與碳質(zhì)結(jié)構(gòu)之間的活化反應(yīng)可歸結(jié)于式（6），當(dāng)溫度高于600 ℃時(shí)，K2CO3成為殘留物質(zhì)中的主要無機(jī)成分［96］。當(dāng)活化溫度升高800 ℃時(shí)，ACF 中不再有含氮基團(tuán)，由此推斷K2CO3與水熱前驅(qū)體中的吡啶-氮、吡咯-氮和少量石墨-氮發(fā)生反應(yīng)。圖11提到，尿素能在600～800 ℃下與K2CO3發(fā)生反應(yīng)，熱解含 吡啶-氮的雜環(huán)基團(tuán)（pyridine-n）生成 NH3，NH3的生成和釋放進(jìn)一步促進(jìn)了ACF 較好孔隙結(jié)構(gòu)的形成，見式（17）：

圖11 尿素水熱輔助KOH活化法熱重分析［96］Fig.11 Thermogravimetric analysis of urea by hydrothermal assisted KOH activation method［96］

K2CO3+pyridine-n+CO(NH2)2→NH3（17）

采用尿素水熱輔助KOH活化法來制備ACF，有效提高了ACFs的孔隙率和吸附能力，其比表面積可達(dá)到2 304.8 m2/g，對碘的最高吸附值達(dá)到2 254.8 mg/g。此方法不僅大大增加了ACF 的比表面積和孔隙結(jié)構(gòu)，并且比傳統(tǒng)的碳化后再活化所需的溫度和能耗更低，是一種前景廣闊的改進(jìn)策略，以降低生物質(zhì)多孔碳材料的工藝成本。

4.2 生物質(zhì)材料附著納米碳點(diǎn)實(shí)現(xiàn)碘吸附

碳點(diǎn)（CDs）由于其具有良好的光致發(fā)光、優(yōu)異的物理化學(xué)穩(wěn)定性、無毒、低成本、生物相容性等特性，在光催化和太陽能電池等方面有廣泛的應(yīng)用。在水溶液中的碘吸附過程中，吸附劑的疏水性界面起著非常重要的作用［97］，Zheng 等［79］以氯化十六烷基吡啶為碳點(diǎn)來源，開發(fā)了一種可控的方法來合成環(huán)境條件下的疏水碳點(diǎn)（OCDs），再通過浸漬法將OCDs 附著在棉纖維上實(shí)現(xiàn)對棉纖維的成功改性（n-CF@OCDs），以用來對I2實(shí)現(xiàn)快速以及選擇性吸附。水溶液中，碘主要以離子形式IO-3存在，以SO2-3和H2O2分別作為還原劑和氧化劑，將以離子形式存在的碘轉(zhuǎn)變成為I2，見式（18）～（19）：

依據(jù)相似相溶原理，疏水性界面有利于在其表面吸附非極性分子。如圖12所示，利用式（18）和（19）中的氧化還原反應(yīng)將IO-3轉(zhuǎn)變成為I2，溶液的顏色從無色變?yōu)辄S褐色。在含有I2的溶液中，因?yàn)橛衝-CF@OCDs的存在，基于其非極性和n-CF@OCDs 的疏水特性，形成的I2可以快速吸附在n-CF@OCDs 的表面。此過程中，溶液從初始階段的黃褐色逐漸變?yōu)槠胶鈺r(shí)的無色，這可以證明I2從水溶液中遷移到n-CF@OCDs的表面。吸附劑的優(yōu)良選擇性也歸功于OCDs 的存在，因?yàn)樗梢苑乐蛊胀x子的吸附，因?yàn)樗鼈兙哂袃?yōu)良的水溶性。因?yàn)槠胀x子具有較好的水溶性，而n-CF@OCDs具有疏水性表面，導(dǎo)致n-CF@OCDs在水溶液中對I2具有良好的選擇吸附性。吸附后，將吸附了（I2）n的n-CF@OCDs 浸入另一種含有Na2SO3的水溶液中，可以將（I2）n還原為I-，而生成的I-由于其優(yōu)異的水溶性能，可以從n-CF@OCDs 的表面再次快速遷移到水溶液中。解吸過程中，將（I2）n還原為I-，不僅實(shí)現(xiàn)碘的富集來實(shí)現(xiàn)對碘的進(jìn)一步處理，而且可以解決碘的高度揮發(fā)性而導(dǎo)致的長時(shí)間儲存困難的問題，此過程中，還能實(shí)現(xiàn)n-CF@OCDs的循環(huán)使用。

通過在棉纖維（n-CF）上附著OCDs 來構(gòu)建疏水表面。結(jié)果表明，構(gòu)建的n-CF@ OCDs 在水中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性，并能夠被用于水溶液中I2的吸附。吸附結(jié)果證明，經(jīng)過OCDs 改性后，n-CF@OCDs 對I2的吸附能力大大增強(qiáng)約為861.7 mg/g，增強(qiáng)的吸附性能歸因于OCDs 改性后構(gòu)建的疏水表面，此外，吸附的I2可以通過一個(gè)簡單的還原過程簡單地解吸，確保了n-CF@OCDs 在實(shí)際應(yīng)用中的良好循環(huán)穩(wěn)定性。在溫和的構(gòu)建條件下，將為疏水性吸附劑的構(gòu)建問題帶來新的解決方案，并進(jìn)一步擴(kuò)大其在特定應(yīng)用中的特性。

4.3 生物質(zhì)材料附著納米金屬材料實(shí)現(xiàn)碘吸附

銅、銀等金屬對碘具有特殊的選擇性吸附能力，但前文提到商用銀基材料不僅昂貴，而且捕獲后生成的碘化銀不穩(wěn)定，去除效率不高，應(yīng)用受到限制。銅基復(fù)合材料相較于銀基去除效率高，經(jīng)濟(jì)劃算，具有大規(guī)模實(shí)際應(yīng)用的可能性。Li等［98］以蔞蒿卵殼生物質(zhì)碳材料為模板，以Cu（NO3）2·3H2O 為銅源，利用原位沉淀和還原法使Cu2O 和Cu 附著在碳質(zhì)結(jié)構(gòu)上，制備成蔞蒿卵殼生物碳材料（AES）負(fù)載納米Cu2O/Cu 復(fù)合材料（CCu）。銅基復(fù)合材料通過不同的機(jī)制去除水中的碘離子，酸性溶液中，亞銅陽離子（Cu+）和碘離子（I-）產(chǎn)生不溶性的CuI 沉淀，而在中性和堿性溶液中，I-與Cu-OH 的羥基發(fā)生交換，形成內(nèi)球-表面絡(luò)合物。AES 的層疊多孔結(jié)構(gòu)有利于碘離子和碘酸陰離子更快地轉(zhuǎn)移到C-Cu 表面，并且此結(jié)構(gòu)促進(jìn)納米Cu2O/Cu 在AES表面的分散，為碘離子或碘酸陰離子的吸附提供了豐富的活性位點(diǎn)，對碘化物和碘酸陰離子在40 min 時(shí)就可達(dá)到吸附平衡，最高吸附容量分別為86.8 mg/g 和43.1 mg/g。歸因于靜電吸引和沉淀在內(nèi)的機(jī)制，碘化物和碘酸鹽離子在C-Cu 上的快速選擇性吸附以及優(yōu)異的吸附性能使這種納米復(fù)合材料在有效去除水中的放射性碘方面極具應(yīng)用前景。

5 結(jié)語

對人類健康和環(huán)境安全來說，妥善處理核電站運(yùn)行過程中產(chǎn)生或核事故泄漏的放射性廢棄物十分重要。尤其是其中的放射性碘，由于它不僅半衰期長而且能以氣體形式釋放到大氣以及溶解于水中隨水移動(dòng)，對地球生物的生存產(chǎn)生嚴(yán)重危害。因此，采用必要的方法對其有效分離以及穩(wěn)定存儲是很有必要的。生物質(zhì)材料由于自身特點(diǎn)，在用于碘吸附方面相較于其他材料在成本效益以及環(huán)境保護(hù)上具有顯著優(yōu)勢。由于生物質(zhì)材料的碘吸附性能影響因素主要是材料本身結(jié)構(gòu)和表面基團(tuán)，前驅(qū)體活化用活化劑以及碳材料的炭化條件。因此對于物質(zhì)材料實(shí)現(xiàn)高碘吸附，可從下面幾方面開展進(jìn)一步的研究工作：

（1）基于自然界多孔生物質(zhì)材料，如油菜花粉、荷花花粉等具有微米級橢球狀、尺寸均一，內(nèi)部以疏松聯(lián)通網(wǎng)絡(luò)多孔結(jié)構(gòu)，以及優(yōu)異的力學(xué)強(qiáng)度和好的熱穩(wěn)定性等特點(diǎn)，以其為原料，然后通過炭化制備出多孔碳材料，此廉價(jià)、高孔隙率和強(qiáng)碘吸附力材料有望用于大規(guī)模液體及固體碘污染廢棄物的處理；

（2）基于靜電紡絲膜比表面積大能提供更多吸附位點(diǎn)，以纖維素及其衍生物為基體，通過溶液共混后經(jīng)靜電紡絲制得多孔纖維膜用于碘吸附；也可進(jìn)一步炭化制備出多孔碳材料有望作為一種廉價(jià)高效的碘吸附材料；

（3）基于鉍基材料不僅吸附速度快、高吸附容量，而且無毒且生產(chǎn)成本低等優(yōu)點(diǎn)。特別是鉍基材料中的Bi 能和碘形成穩(wěn)定的BiI3或BiOI，以及能在高溫和寬廣的pH 值范圍下工作，而成為一種極具前景的碘吸附劑；以生物質(zhì)材料為基體，基于靜電紡絲膜比表面積大能提供更多吸附位點(diǎn)，通過溶液共混制備鉍及氧化物摻雜材料，然后經(jīng)靜電紡絲制得多孔鉍基復(fù)合膜不失為一種廉價(jià)高效的碘吸附材料。