用于空气氚吸附的碳纳米管复合水凝胶的制备和性能研究

发布时间：2017-09-04 22:15

  本文关键词：用于空气氚吸附的碳纳米管复合水凝胶的制备和性能研究

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【摘要】：氚是核设施向工作场地和环境释放的活度最大的人工核素。随着我国核能的快速发展,核设施的数量将会逐渐增加,对涉氚场合工作人员的影响越来越大。当前我国涉氚场合所用的防氚工具存在着各种缺点。本论文旨在通过辐射接枝和辐射交联两步法将碳纳米管和水凝胶的优异性能相结合,制备出一种可吸附防护氚的滤过材料,并对其理化性能和吸附性能进行系统的研究。本论文对制备的碳纳米管和水凝胶材料的性能进行表征。FTIR(Fourier Transform infrared spectroscopy)和TEM(Transmission electron microscope)检测显示通过辐射接枝方法,丙烯酸链段被成功接枝到碳纳米管的管壁上,并且接枝后的碳纳米管在水中均匀分散。此外,XRD(X-ray diffraction)结果表明纳米管接枝高分子链段后,其晶格结构没有发生较大的变化。实验中通过对碳纳米管及接枝后碳纳米管的TGA(Thermogravimetric Analysis)分析,定量计算碳纳米管的接枝率。然后利用辐射交联技术将修饰后的碳纳米管均匀分散到水凝胶中,制备碳纳米管复合水凝胶材料。实验中用XRD和BET(比表面积)对碳纳米管复合水凝胶和聚丙烯酰胺水凝胶进行结构和比表面积表征。结果发现,碳纳米管复合水凝胶的XRD图中出现了碳纳米管的特征峰,复合水凝胶的比表面积比聚丙烯酰胺水凝胶增加了一倍多。实验中采用凝胶含量近似的碳纳米管复合水凝胶和聚丙烯酰胺水凝胶进行吸水性能检测,相同质量的两组凝胶的液态水吸附实验结果显示,聚丙烯酰胺水凝胶在3000分钟时饱和,最终吸水率达到了7000%。碳纳米管复合水凝胶的吸水率虽然有相同的趋势,但是在1000分钟就达到饱和,最终吸水率不高于2000%。而气态水吸附实验结果显示,聚丙烯酰胺水凝胶在40分钟后吸附达到饱和,复合水凝胶在100分钟达到饱和。从实验结果分析可知,改性后的碳纳米管在凝胶中均匀分散,并提高了复合水凝胶的比表面积和机械强度,使其气态水持续吸附效率优于聚丙烯酰胺水凝胶。水凝胶的氚吸附实验结果表明碳纳米管复合水凝胶具有比聚丙烯酰胺更好的吸附效果。复合水凝胶的吸附效率在吸附实验中的前300分钟一直高于90%,而聚丙烯酰胺水凝胶的吸附效率在255分钟降为90%。
【关键词】：碳纳米管 水凝胶 氚化水 辐照接枝 辐照交联
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：R143
【目录】：

• 中文摘要4-6
• Abstract6-12
• 引言12-14
• 第一章 绪论14-32
• 1.1 氚的理化性质14-16
• 1.1.1 氚的物理性质14-15
• 1.1.2 氚的化学性质15-16
• 1.2 氚的来源16-18
• 1.2.1 天然氚16
• 1.2.2 人工氚16-18
• 1.3 氚的危害及其防护标准18-21
• 1.3.1 氚的危害18-19
• 1.3.2 氚的年摄入剂量限值和导出浓度19-21
• 1.3.3 氚内污染的处理21
• 1.4 氚活度测量21-23
• 1.4.1 气体探测器21
• 1.4.2 液体闪烁计数器21-22
• 1.4.3 空气氚活度测量22-23
• 1.5 氚进入人体的途径及防护23-25
• 1.6 水凝胶25-27
• 1.6.1 温度敏感性水凝胶26
• 1.6.2 pH值敏感性水凝胶26
• 1.6.3 光敏性水凝胶26-27
• 1.7 碳纳米管27-29
• 1.7.1 导电性能28
• 1.7.2 应用于晶体管28
• 1.7.3 热学性能及应用28
• 1.7.4 化学性能及应用28
• 1.7.5 储氢特性28-29
• 1.8 γ射线在接枝和交联中的应用29-32
• 1.8.1 辐射接枝30-31
• 1.8.2 辐射交联31-32
• 第二章 样品的制备及其表征32-50
• 2.1 引言32-33
• 2.2 实验部分33-39
• 2.2.1 化学试剂和仪器设备33-34
• 2.2.2 蒙特卡罗模拟射线作用过程34-35
• 2.2.2.1 程序运行环境35
• 2.2.2.2 模型构建35
• 2.2.3 碳纳米管的改性35-36
• 2.2.4 制备水凝胶36-37
• 2.2.5 实验表征37-39
• 2.2.5.1 傅里叶红外光谱分析（FTIR）37
• 2.2.5.2 热重分析（TGA）37-38
• 2.2.5.3 透射电子显微镜（TEM）38
• 2.2.5.4 比表面积测试（BET）38
• 2.2.5.5 X射线衍射（XRD）38-39
• 2.2.5.6 扫描电子显微镜（SEM）39
• 2.3 实验结果39-48
• 2.3.1 模拟结果39-40
• 2.3.2 CNTs和G-CNTs40-44
• 2.3.2.1 G-CNTs和CNTs的化学结构分析41
• 2.3.2.2 G-CNTs和CNTs的热力学分析41-43
• 2.3.2.3 G-CNTs和CNTs的XRD表征43
• 2.3.2.4 G-CNTs和CNTs的比表面积43-44
• 2.3.3 碳纳米管复合水凝胶44-48
• 2.3.3.1 凝胶的XRD45-46
• 2.3.3.2 凝胶的红外图谱46
• 2.3.3.3 凝胶的TGA46-47
• 2.3.3.4 凝胶的SEM47-48
• 2.3.3.5 凝胶的比表面积48
• 2.4 小结48-50
• 第三章 碳纳米管复合水凝胶的吸附性能50-66
• 3.1 引言50-51
• 3.2 实验用气体和设备51-52
• 3.3 实验方法与结果52-64
• 3.3.1 凝胶的吸水率52-53
• 3.3.2 凝胶的保水性能53-54
• 3.3.3 凝胶气态水吸附效率54-57
• 3.3.4 分子筛的气态水吸附效率57-58
• 3.3.5 凝胶对空气氚吸附效能实验58-64
• 3.3.5.1 氮气的氚活度单加标58
• 3.3.5.2 氮气的湿度和活度双加标58
• 3.3.5.3 开放性放射实验要求58-60
• 3.3.5.4 液态氚化水活度测量60-61
• 3.3.5.5 凝胶空气氚吸附实验方法61-62
• 3.3.5.6 空气氚浓度测量62
• 3.3.5.7 吸附效率62
• 3.3.5.8 总吸附量62-63
• 3.3.5.9 实验结果63-64
• 3.4 小结64-66
• 第四章 总结与展望66-68
• 4.1 总结66-67
• 4.2 展望67-68
• 参考文献68-77
• 攻读学位期间本人出版或公开发表的论著、论文77-78
• 致谢78-79

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本文编号：794144