Chem. Eur. J. :COFs材料的后修饰策略应用于放射性核素去除研究

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天津师范大学李程鹏课题组通过合成后修饰策略构建了共价有机骨架-聚离子液体(COF-bis-PC2)复合材料,可作为具有高选择性的稳定吸附材料应用于放射性核素处理领域。


99Tc是一种典型的长寿命β放射源,作为人造放射性核素,半衰期长达21万年,主要以高锝酸根(99TcO4)的形式稳定存在,极易从地下水系迁移至食物链,威胁人类健康。因此,99Tc的安全处置问题是乏燃料后处理和核污染环境修复领域的重大挑战之一,因此科学意义重大。目前,主要以离子交换法处理废液中的99TcO4/ReO499TcO4的非放射性替代物),大多数离子型吸附剂材料难以在乏燃料后处理时的强酸性条件下保持稳定。由此可见,设计并构建高稳定性、高选择性和可重复利用的功能材料至关重要。


共价有机骨架(Covalent-Organic Framework COF)是完全由轻元素(氢、硼、碳、氮或氧等)通过共价键组成的多孔网络结构。孔道结构规则可调,化学稳定性高,如经表面修饰即可发掘多种潜在功能。因其具有共轭体系,能够稳定强辐射产生的自由基,抵御放射性环境的辐照破坏。在高效封存99Tc方面,共价有机框架的中性孔道缺乏特定位点捕获阴离子,导致对ReO4的吸附能力较弱,在存有竞争离子的废水中选择性捕获水平较低。


李程鹏课题组在前期研究的基础上,利用合成后改性策略,进一步增强功能位点与COF间的相互作用,通过乙烯基聚合将咪唑型聚离子液体(poly Ionic liquids, polyILs)接枝到COF框架上。丰富咪唑鎓位点密度,提高COF-polyILs复合材料在高盐度、高酸度溶液中的稳定性,确保材料在实际废液流中仍能准确识别目标物ReO4


所得COF-bis-PC2吸附剂对ReO4表现出快速的吸附动力学(<5 min)和良好的吸附能力(388 mg g–1),在强酸性的低放射性模拟废水中,材料对ReO4的去除率高达92%;在竞争离子SO42–过量1000倍的条件下,COF-bis-PC2吸附剂仍可精准捕获到90.2%的ReO4。这可归结于COF孔道自身的疏水环境,框架与聚离子液体间共价键的稳定联结,和主链上的充足功能位点。


该研究设计制备了COF-bis-PC2复合多孔吸附剂,COF与咪唑基离子液体的共价相互作用使得材料对99TcO4/ReO4表现出高效的吸附能力和可重复利用性,在强酸溶液中保持结构稳定的同时仍能表现出优异的选择性。这一后修饰策略为核废料处理和水污染修复中多孔吸附剂的构建提供了普适性的功能化思路。







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(a) 在合成后修饰策略下,将咪唑型离子液体接枝到共价有机框架上的合成示意图;(b) COF、COF-bis-PC2和COF-bis-PC2@Re材料的N2吸附等温线;(c) COF和COF-bis-PC2的TEM图像

文信息

Post-Modification of a Robust Covalent Organic Framework for Efficient Sequestration of 99TcO4/ReO4

Lei Zhu, Hai-Ruo Li, Zhao-Fei Liu, Zhengyi Di, Wengui Xu, Libo Zhang, Prof. Cheng-Peng Li


Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202302168






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