一种用于氡气吸附的Cu-BTC-F@AC复合材料及其制备方法、氡气吸附组件和装置与流程

本发明涉及气体过滤，尤其涉及一种用于氡气吸附的cu-btc-f@ac复合材料及其制备方法、氡气吸附组件和装置。

背景技术：

1、放射性气体氡(222rn)及其子体是人类所受天然辐射照射的主要来源，广泛存在于土壤、岩石、水和空气中。氡及其子体随空气进入人体，使人体受到内辐射照射，进而诱发肺癌、白血病和呼吸道疾病。针对于放射性气体氡的防护技术，主要包括强制通风、屏蔽和吸附。吸附是一种基于将放射性气体氡及其子体吸附于多孔材料内部或表面，从而降低环境中氡浓度的方法。多孔材料是吸附分离法的核心，理想的rn选择性吸附多孔材料不仅需要具备高选择性和高吸附容量等优异的选择性吸附性能，此外还需具备高稳定性和高环境适应性的特点，这些因素直接决定了材料实际分离效果的好坏与付诸实际应用的难易程度。然而，传统吸氡材料的活性炭(ac)材料，其存在吸附选择性差，吸附效率低等缺点。

2、金属-有机骨架化合物(metal-organic frameworks，mofs)，是由有机配体与金属离子通过自组装过程形成的一类新材料。mofs材料能够克服传统材料的孔道均一性不足，孔道尺寸和孔道结构难以精确调节和修饰等缺点，在氡的选择性吸附分离研究方面存在相当大的潜力。但目前合成制备的mofs材料多为粉末材料，难以运用于氡气的实际使用环境中。因此，将mofs材料原位生长于活性炭基体上，有望得到具有吸氡的良好材料。

3、得益于金属铜(cu)和羧基配位所具有的高强度与结构多样性，铜基金属-有机框架材料(cu-mofs)具有极强的可设计性与高度稳定性，因而被认为是实现对氡气高效吸附分离的潜在材料。但如cu-btc，其多半具有较大且不均匀的三维结构与较弱的吸附位点，限制了对氡的捕获与分离性能。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明的目的是提供一种用于氡气吸附的cu-btc-f@ac复合材料，通过构筑一种具有低成本、易合成、高稳定等特性的新型铜基mof材料(cu-btc-f)，并将其原位生长于活性炭材料上，利用该复合材料限域孔内的多重极性位点协同，大大提升了对氡气的选择吸附效率。

2、为达到上述目的，本发明还提供了一种用于氡气吸附的cu-btc-f@ac复合材料的制备方法，具体步骤如下：

3、1)称取1.8-3.5g三水合硝酸铜溶解于17-35ml去离子水中，得到溶液a。

4、2)称取1.2-3.0g均苯三甲酸和0.7-2.6g富马酸溶解于17-40ml n,n-二甲基甲酰胺与17-40ml的无水乙醇的混合溶液中，得到溶液b。

5、3)将溶液a倒入溶液b中，同时加入20-50g活性炭，磁力搅拌30-60min；然后倒入聚四氟乙烯内衬高压釜中，在85-100℃下反应24-72h。

6、4)反应结束后，反应釜冷却到室温，将产物进行抽滤，并用n,n-二甲基甲酰胺和c2h5oh洗涤3-5次，最后干燥，得到cu-btc-f@ac复合材料。

7、得益于金属铜(cu)和羧基配位所具有的高强度与结构多样性，铜基金属-有机框架材料(cu-mofs)具有极强的可设计性与高度稳定性，因而被认为是实现对氡气高效吸附分离的潜在材料。但如cu-btc，其多半具有较大且不均匀的三维结构与较弱的吸附位点，限制了对氡的捕获与分离性能。为了提升cu-mofs材料对氡气的吸附效率，在使用均苯三甲酸为配体的基础上，增加其他羧酸类配体，如富马酸、酒石酸等，构筑新型铜基mof材料，即通过改变合成条件与配体种类及比例，改变cu-btc三维结构，使其具有合适的孔径结构及孔径，并且沿其孔道线性排列有丰富的含氧极化位点，对氡具有更高的结合能，同时具有来自富马酸配体的乙烯基π键协同作用，为氡原子提供更为紧密的接触面积和更多的作用位点；并将其与活性炭复合，有望得到具有低成本、易合成、高稳定等特性的新型活性炭微孔材料，进一步提高对氡的吸附选择性。

8、在一些优选实施方式中，步骤2)中所述均苯三甲酸和富马酸的摩尔比为1:1-2.4。

9、在一些优选实施方式中，步骤3)中所述活性炭为木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭中的一种，所述活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

10、在一些优选实施方式中，步骤4)中所述最后干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度60-65℃，干燥时间8-20h。

11、另外，本发明还提供了一种氡气吸附组件，该氡气吸附组件包括按上述制备方法制备得到的cu-btc-f@ac复合材料。

12、此外，本发明还提供了一种装置，该装置包括以上所述的氡气吸附组件。该装置以及氡气吸附组件可以直接用于富含氡区域，选择性吸附氡气，降低氡气浓度，防止放射性气体氡(222rn)及其子体对人类造成的辐射伤害。

13、本发明的有益效果：本发明在利用硝酸铜和均苯三甲酸制备合成cu-btc的基础上，添加另一种配体富马酸，构筑了一种具有低成本、易合成、高稳定等特性的新型铜基mof材料(cu-btc-f)，并将其原位生长于活性炭材料上，通过对氡吸附性能测试，其动态吸附系数达到8.8l/g以上、吸附效率达到90％以上、半穿透时间达到70min，其选择吸附能力远远高于传统的活性炭材料，同时也优于常规的cu-btc@ac材料，为吸氡复合材料提供了一种新型且高效的材料选择。

技术特征：

1.一种用于氡气吸附的cu-btc-f@ac复合材料的其制备方法，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2)中所述均苯三甲酸和富马酸的摩尔比为1:1-2.4。

3.如权利要求2所述的制备方法，其特征在于，步骤3)中所述活性炭为木质活性炭、煤质活性炭、椰壳活性炭中的一种，所述活性炭的粒径为0.3-0.8mm。

4.如权利要求3所述的制备方法，其特征在于，步骤4)中所述最后干燥在真空干燥箱中进行，干燥温度60-65℃，干燥时间8-20h。

5.一种cu-btc-f@ac复合材料，其特征在于，所述cu-btc-f@ac复合材料采用权利要求1-4任意一项所述的制备方法制备得到。

6.一种氡气吸附组件，其特征在于，所述氡气吸附组件包括权利要求5所述的cu-btc-f@ac复合材料。

7.一种装置，其特征在于，所述装置包括权利要求6所述的氡气吸附组件。

技术总结本发明公开了一种用于氡气吸附的Cu‑BTC‑F@AC复合材料及其制备方法、氡气吸附组件和装置，涉及气体过滤技术领域。本发明在利用硝酸铜和均苯三甲酸制备合成Cu‑BTC的基础上，添加另一种配体富马酸，构筑了一种具有低成本、易合成、高稳定等特性的新型铜基MOF材料(Cu‑BTC‑F)，并将其原位生长于活性炭材料上，通过对氡吸附性能测试，证实其选择吸附能力远远高于传统的活性炭材料，同时也优于常规的Cu‑BTC@AC材料，此外本发明的氡气吸附装置以及氡气吸附组件可以直接用于富含氡区域，选择性吸附氡气，降低氡气浓度，防止放射性气体氡(<supgt;222</supgt;Rn)及其子体对人类造成的辐射伤害。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：2024/8/1