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東北師范大學趙銳《Chem. Eng. J.》:含“陰離子陷阱”靜電紡纖維用于高錸酸根離子去除

2022-09-15 來源：高分子科技

核能作為一種新型的清潔能源，具有廣泛的應用前景，但是在利用過程中產生的放射性副產物對自然環境產生了較大的影響，其中放射性的⁹⁹TcO₄^?會帶來嚴重的環境問題。由于ReO₄^?沒有放射性且與⁹⁹TcO₄^?具有相似性質，ReO₄^?常作為模型離子來研究⁹⁹TcO₄^?的去除。針對上述問題，使用陽離子吸附劑通過離子相互作用對TcO₄^?/ReO₄^?進行特殊性捕獲是目前最有效的方法，常見的吸附劑有陰離子交換樹脂、無機陽離子材料和先進的多孔材料等，但它們仍存在吸附量較低、吸附速度慢、穩定性差、制備成本昂貴等問題。

基于此，東北師范大學趙銳副教授等開發了一種用于高效去除水中高錸酸根離子的陽離子靜電紡纖維吸附劑。在這項研究中，采用基于超支化聚乙烯亞胺的共混靜電紡纖維，進一步結合芐基溴季銨化反應合成了新型陽離子靜電紡納米纖維，在纖維上構建了大量的且具有疏水微環境的特定“陰離子陷阱”（圖1）。相比于以往報道的高錸酸根離子吸附劑，聚合物纖維材料生產成本較低，具有較好的機械強度，易于工業制備；此外，化學接枝改性可以為電紡纖維提供選擇性吸附高錸酸根離子的特定基團，靜電紡纖維的納米尺度纖維直徑和基團的超支化結構可以暴露更多的吸附位點，極大拓展了電紡纖維的應用范疇和應用潛力。

圖1. 新型陽離子靜電紡纖維的合成方法。

由于得到的新型陽離子靜電紡纖維吸附劑具有豐富的吸附位點、疏水微環境的“陰離子陷阱”、宏觀的纖維形貌，陽離子靜電紡纖維對高錸酸根離子展現了良好的去除能力。例如：快速的吸附平衡時間（30 min）、超高的吸附容量（943 mg/g）、良好的痕量去除能力（分配系數為1.1×10⁶ mL/g）、大的動態柱吸附體積（1540 BV）、在高的離子強度及高酸/堿下對ReO₄^?表現出優于的選擇性。此外，也采用儀器表征及DFT理論計算對吸附機理進行了詳細探究。

圖2. 陽離子靜電紡纖維吸附去除水中高錸酸根離子的性能。

圖3. 離子靜電紡纖維吸附高錸酸根離子的機理研究。

該項工作設計合成出一種具有超高吸附容量和優異選擇性的TcO₄^?/ReO₄^?纖維吸附劑，為今后放射性污染物的吸附去除提供了新材料，相關研究成果以“Rationally tailoring anion traps into electrospun nanofibers for highly efficient perrhenate/pertechnetate capture”為題發表在國際期刊《Chemical Engineering Journal》上，論文的第一作者為東北師范大學碩士研究生陳丁陽，通訊作者為崔鳳超副教授和趙銳副教授。此項研究得到國家自然科學基金、吉林省自然科學基金聯合基金項目、吉林省教育廳科學技術研究規劃項目、中央高校基本科研項目等基金的資助。

原文鏈接：https://authors.elsevier.com/sd/article/S1385-8947(22)04627-7

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（責任編輯：xu）

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