Pyrazole-directed functionalization of activated collagen fiber for highly specific capture of iodine vapor

吡唑 化学 纤维 化学工程 核化学 有机化学 工程类
作者
Pei Chen,Hui Zhu,Tianhao Na,Yong Yi,Jian Zhou,Tao Duan,Jiehong Lei
出处
期刊:Applied Surface Science [Elsevier BV]
卷期号:646: 158917-158917 被引量:9
标识
DOI:10.1016/j.apsusc.2023.158917
摘要

The highly specific capture of radioactive iodine vapor generated during spent fuel reprocessing exerts a pivotal influence on ensuring the sustainable development of nuclear energy. In this study, we successfully prepared pyrazole-directed functionalized leather waste collagen fiber composite (Pyrazole@ACF) by immobilizing pyrazole ring through Schiff base reaction on the alkaline-activated collagen fiber (ACF) interface. The peak capacity for capturing iodine vapor by Pyrazole@ACF is shown to be 3.494 g/g, which is markedly higher compared to that of ACF (0.928 g/g). Pyrazole@ACF was characterized using FE-SEM, FT-IR, and XPS, revealing the release of numerous active functional groups from ACF that facilitated iodine-induced capture and pyrazole ring immobilization. Furthermore, the interaction mechanism between functional groups and iodine was further elucidated through Density Functional Theory (DFT) calculations. The iodine capture effect of Pyrazole@ACF is primarily ascribed to the existence of active functional groups (C = O, –OH, and –NH2) on ACF, as well as the charge transfer occurring between the grafted pyrazole moieties and iodine, ultimately leading to the generation of I3− polyiodide complexes and subsequent iodine capture. Consequently, Pyrazole@ACF exhibits a strong specific capture capability for iodine vapor, along with excellent thermal stability and iodine immobilization properties, meeting the application requirements under practical conditions.
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