Oxygen-rich microporous carbons with exceptionally high adsorption of iodine

微型多孔材料 吸附 碳纤维 氧气 碳化 活性炭 化学 化学工程 无机化学 材料科学 有机化学 复合材料 复合数 工程类
作者
Zhanglian Xu,Qian Zhang,Lin Peng,Yangyang Gao,Yanli Wen,Kunfeng Li,Lili Li
出处
期刊:Materials Chemistry and Physics [Elsevier BV]
卷期号:285: 126193-126193 被引量:59
标识
DOI:10.1016/j.matchemphys.2022.126193
摘要

The effective adsorption of radioactive iodine from nuclear waste using porous carbons remains significantly challenging, which currently appears to have an upper limit for their uptake capacity. Here, to overcome this upper limit, we explore the potential of oxygen-rich microporous carbons derived from cellulose diacetate via a general hydrothermal carbonization and KOH activation route. These activated carbons show exceptionally high adsorption of radioactive iodine due to the combined effect of their high surface area, large pore volume and intrinsic oxygen-rich nature. Our results indicate that these activated carbons have large surface areas of 1829–2997.7 m2 g−1, large pore volumes of 0.88–1.40 cm3 g−1 and high oxygen contents of 19.32–26.14%. They possess high iodine adsorption capacities of up to 6.44 g g−1 in dry conditions and 2.44 g g−1 even at high humidity (74.0 ± 0.9%). Further DFT calculations reveal that the oxygen-rich nature of activated carbon enhances its interaction with iodine molecules, resulting in a high pore accessibility. Also, the porous carbon shows good iodine retention and good reusability for practical applications. These results have fundamental implications for understanding the iodine uptake of oxygen-rich porous carbon and designing materials to handle radioactive iodine emission.
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