CN111648034A - 一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明以水溶性聚合物为原料，通过静电纺丝的方法制备纳米纤维并在基材上制备擦拭布，擦拭布可以通过表面修饰提高放射性金属离子吸附量并改善擦拭布的再生性能，实现核污染或者放射性污染固体表面快速深度清洁处理。其具体制备方法为：利用亲水聚合物为原料，将其溶解为溶液备用；利用静电纺丝技术将在上述溶液中制备出亲水性纳米纤维并在无纺布为基地的材料上编制将其编制成擦拭布料，本发明擦拭布表面通过功能性基团修饰，提高擦拭布的放射性金属离子吸附量并改善擦拭布的再生性能，实现核污染或者放射性污染固体表面快速深度清洁处理。
Description
技术领域
本发明涉及受核污染固体材料表面的清洁处理领域，尤其涉及一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法。
背景技术
核电站事故、“脏弹”爆炸、军用装备与核医学研究、放射性废物存储及核燃料装配运输均可使大量放射性物质异常释放，形成放射性烟羽和高水平放射性沉积物，如不及时清除，给人员、设备、环境造成严重威胁；因此，事故发生后，如何有效控制放射性沉积物的扩散，及时对放射性污染进行去污，不仅是处置核突发事件的重点和难点，也是核武器防护、核事故应急及核医学应用等领域不可缺少的技术要求。去污是用物理、化学或生物的方法去除或降低放射性污染过程。传统的放射性扩散控制与去污方法主要有高压水冲洗法、真空抽吸法、机械擦拭法、喷砂法、超声波去污法以及喷涂薄膜聚合物等方法。但是这些技术大多数用于面积较大的道路、大型设备及建筑物表面或者用于工业生产时的放射性去污，对人员体表及小型、零散的武器装备和器具的效果不佳。武警部队的职能使命与解放军有很大区别，担负着反恐、处突、维稳等多种重要职能任务，其特点是机动性强、任务形式多样。因此，战前易于准备，战时便于携带、实用性强、体积小，能够满足武警作战官兵快速自我防护和持续作业功能的放射性去污装备至关重要。
真空抽吸法则需要运载真空抽吸装置的车具来完成，机械性擦拭法是通过擦、刮、磨、刨等方式除去放射性物质，这些方式均缺乏灵活机动性。化学去污法也是常用的一种方法，是通过化学溶剂如络合剂、氧化剂、表面活性剂等能与放射性物质发生化学作用，破坏或溶解污染物，达到去污目的。这些方法的缺点是易产生腐蚀和安全方面问题，并在除污过程中会产生大量废物、废液，易产生二次污染，后处理比较麻烦，并且除污时间长，除污工序复杂。喷砂法和超声波去污法一般需要借助喷射载体和冲击波的机械力，多用于核工业去污。相对而言，喷涂薄膜聚合物去污方法更有优势和特点，只要选定了合适的膜法功能材料，均可实现环境净化和清除放射性污染的目的。
但现在方法存在以下缺点：一是需要较复杂或昂贵的防扩散迁移辅助环境保障设施；二是由于不同类型的污染物与膜之间的作用力是不同的，污染物的类型直接影响清洗剂的选择，必须针对污染物的类型选出高效、经济的清洗剂种类。这些措施在应急状态下是不可取的。
除了上述方法，核污染固体表面主要通过高压水洗的方法进行处理，但是这会造成水体二次污染。
发明内容
本发明根据以上技术问题，本发明以水溶性聚合物为原料，通过静电纺丝的方法制备纳米纤维并在基材上制备擦拭布，擦拭布可以通过表面修饰提高放射性金属离子吸附量并改善擦拭布的再生性能，实现核污染或者放射性污染固体表面快速深度清洁处理。
其具体制备方法为：
1、利用亲水聚合物为原料，将其溶解为溶液备用；
2、利用静电纺丝技术将在上述溶液中制备出亲水性纳米纤维并在无纺布为基底的材料上编制将其编制成擦拭布料，编制时所述纳米纤维的直径分布控制在50nm-500nm的范围内，集中度在80％以上，擦拭布料的孔径0.05μm-5μm、孔隙率30％-60％、厚度10μm-100μm等物理性质稳定，控制在误差5％以内。
3、将上述擦拭布料进行功能性基团修饰，以提高布料对核或者放射性物质的吸附能力和再生性能；
所述擦拭布料通过洗脱溶剂洗脱再生并重复使用。
所述亲水聚合物为原料溶解为溶液需要条件为室温-80℃的温度下，聚合物浓度0.1％～10％，搅拌速度50-300转/分。
所述步骤1具体方法为：将所述聚合物溶解在溶剂中，搅拌至完全溶解，静置2h脱泡，得到亲水性聚合物溶液；所述静电纺丝的工艺为：电压15～30kV，接收距离6～15cm，纺丝液供液量0.5～1.5mL/h；
所述亲水性聚合物原料由壳聚糖、甲壳素和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的组合，将上述亲水性物质溶解在水中，制备的水溶液浓度为0.1％～10％。
经过功能性基团修饰，纺丝布料与功能性基团反应物的质量比为1:(1～20)，所述功能性基团的修饰反应的温度为50～90℃，修饰反应时间1～5h，所述的含有功能性基团的反应物的侧链上具有-COOH、-NH2、-CH3、-SH、-PO4 -、-CN或-COO-中的任意一种或两种以上的官能团。
所述再生溶液为酸、碱或去离子水中任意一种或两种以上的组合；所述再生溶液的浓度为0.1～10mg/L，所述再生溶液为硝酸，硫酸或盐酸中的一种。
所述洗脱温度为10℃～100℃，洗脱溶剂和擦拭布的质量比例:0.1:1～10:1。
本发明的有益效果为：本发明擦拭布表面通过功能性基团修饰，提高擦拭布的放射性金属离子吸附量并改善擦拭布的再生性能，实现核污染或者放射性污染固体表面快速深度清洁处理。当擦拭布实用过后利用洗脱溶剂对其进行洗脱，洗脱溶剂将其上侧的放射性金属离子进行吸附，方便擦拭布再次实用。本发明制备的擦拭布可以对核污染或者放射性金属离子包括放射性金属如铀、钍和镭中的任意一种或两种以上的组合进行擦拭。
本发明涉及的擦拭布不会造成水体二次污染，而且可以实现核污染物质的富集和回收，具有便捷、处理量大、可再生等优势，同时，擦拭布可以通过溶液冲洗再生和循环利用。本发明制备一种擦拭材料，使其不仅可以作为固体表面放射性污染物的吸附剂，又能通过简单操作实现放射性金属的富集和回收，对避免核污染和放射性金属的二次污染，具有非常重要的意义。该擦拭材料具有便携，易操作，耐磨损，去污快等特点，可快速，有效的清洁被重金属离子尤其是放射性核素污染的材料表面。
本发明的静电纺丝方法是制备纳米纤维的平台技术，纤维直径可以控制在50～500纳米范围内，可一步得到纳米纤维纺丝布料，增大纤维的比表面积和吸附作用位点，有利于提高单位质量的擦拭布的处理能力，避免了二次分散问题。
本发明实用的纳米纤维布料材料内部具有贯通的孔洞和大比表面积，比传统吸附材料具有更多的表面作用位点。静电纺丝时静电纺丝膜的比表面积大、孔隙率高、内部联通性好，吸附量大，容易与纳米级的化学物质或功能性的物质相结合，对放射性核素和稀贵金属高效分离等领域有革命性的推动作用。
附图说明
图1为本发明静电纺丝纳米纤维示意图。
图2为本发明吸附性能及循环使用性能示意图。
具体实施方式
如图，对本发明进行阐述：
实施例1
一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其具体制备方法为：
一、利用壳聚糖、甲壳素和聚乙烯醇为原料，将上述原料溶解在溶剂中，室温-80℃的温度下，搅拌速度50-300转/分，搅拌至完全溶解，静置2h脱泡，得到亲水性聚合物溶液；
二、利用静电纺丝技术在电压20kV，接收距离10cm，纺丝液供液量1.2mL/h条件下；在上述溶液中制备出亲水性纳米纤维并在无纺布为基底的材料上编制将其编制成擦拭布料，编制时所述纳米纤维的直径分布控制在50nm-500nm的范围内，集中度在80％以上，产品的孔径、孔隙率、厚度、阻力等性能指标稳定，控制在误差5％以内。
三、将上述擦拭布料进行功能性基团修饰，纺丝布料与功能性基团反应物的质量比为1:(1～20)，所述功能性基团的修饰反应的温度为50～90℃，修饰反应时间1～5h，所述的含有功能性基团的反应物的侧链上具有-COOH、-NH2、-CH3、-SH、-PO4 -、-CN或-COO-中的任意一种或两种以上的官能团，以提高布料对核或者放射性物质的吸附能力和再生性能；
四、擦拭布料对核或者放射性物质进行擦拭后，将擦拭布料通过洗脱溶剂洗脱使其再生并重复使用。
洗脱溶剂为酸、碱或去离子水中任意一种或两种以上的组合；冲洗剂的浓度为0.1～10mg/L。冲洗剂为硝酸，硫酸或盐酸中的一种。洗脱温度为10℃～100℃，洗脱溶剂和擦拭布的质量比例:0.1:1～10:1。
实施例2
一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其具体制备方法为：
一、利用壳聚糖为原料，将壳聚糖溶解在溶剂中，室温-80℃的温度下，搅拌速度50-300转/分，搅拌至完全溶解，静置2h脱泡，得到亲水性聚合物溶液；
二、利用静电纺丝技术在电压20kV，接收距离10cm，纺丝液供液量1.2mL/h条件下；在上述溶液中制备出亲水性纳米纤维并在无纺布为基底的材料上编制将其编制成擦拭布料，编制时所述纳米纤维的直径分布控制在50nm-500nm的范围内，集中度在80％以上，产品的孔径、孔隙率、厚度、阻力等性能指标稳定，控制在误差5％以内。
三、将上述擦拭布料进行功能性基团修饰，纺丝布料与功能性基团反应物的质量比为1:(1～20)，所述功能性基团的修饰反应的温度为50～90℃，修饰反应时间1～5h，所述的含有功能性基团的反应物的侧链上具有-COOH、-NH2、-CH3、-SH、-PO4 -、-CN或-COO-中的任意一种或两种以上的官能团，以提高布料对核或者放射性物质的吸附能力和再生性能；
四、擦拭布料对核或者放射性物质进行擦拭后，将擦拭布料通过洗脱溶剂洗脱使其再生并重复使用。
洗脱溶剂为酸、碱或去离子水中任意一种或两种以上的组合；冲洗剂的浓度为0.1～10mg/L。冲洗剂为硝酸，硫酸或盐酸中的一种。洗脱温度为10℃～100℃，洗脱溶剂和擦拭布的质量比例:0.1:1～10:1。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (8)
1.一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其具体制备方法为：
一、利用亲水聚合物为原料，将其溶解为溶液备用；
二、利用静电纺丝技术将在上述溶液中制备出亲水性纳米纤维并在无纺布为基底的材料上编制将其编制成擦拭布料，编制时所述纳米纤维的直径分布控制在50nm-500nm的范围内，集中度在80％以上，擦拭布料的孔径0.05μm-5μm、孔隙率30％-60％、厚度10μm-100μm等物理性质稳定，控制在误差5％以内；
三、将上述擦拭布料进行功能性基团修饰，以提高布料对核或者放射性物质的吸附能力和再生性能；
四、擦拭布料对核或者放射性物质进行擦拭后，将擦拭布料通过洗脱溶剂洗脱使其再生并重复使用。
2.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于所述亲水聚合物为原料溶解为溶液需要条件为室温-80℃的温度下，聚合物浓度0.1％～10％，搅拌速度50-300转/分。
3.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于所述步骤1具体方法为：将所述聚合物溶解在溶剂中，搅拌至完全溶解，静置2h脱泡，得到亲水性聚合物溶液；所述静电纺丝的工艺为：电压15～30kV，接收距离6～15cm，纺丝液供液量0.5～1.5mL/h。
4.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于所述亲水性聚合物原料由壳聚糖、甲壳素和聚乙烯醇中的任意一种或两种以上的组合，将上述亲水性物质溶解在水中，制备的水溶液浓度为0.1％～10％。
5.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于经过功能性基团修饰，纺丝布料与功能性基团反应物的质量比为1:(1～20)，所述功能性基团的修饰反应的温度为50～90℃，修饰反应时间1～5h，所述的含有功能性基团的反应物的侧链上具有-COOH、-NH2、-CH3、-SH、-PO4 -、-CN或-COO-中的任意一种或两种以上的官能团。
6.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于所述洗脱溶剂为酸、碱或去离子水中任意一种或两种以上的组合；冲洗剂的浓度为0.1～10mg/L。
7.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于所述冲洗剂为硝酸，硫酸或盐酸中的一种。
8.按照权利要求1所述的一种核污染装备用纳米纤维基便捷擦拭布制备方法，其特征在于所述洗脱温度为10℃～100℃，洗脱溶剂和擦拭布的质量比例:0.1:1～10:1。
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