东北师范大学赵锐《Chem. Eng. J.》:含“阴离子陷阱”静电纺纤维用于高铼酸根离子去除

2022-09-15 来源：高分子科技

核能作为一种新型的清洁能源，具有广泛的应用前景，但是在利用过程中产生的放射性副产物对自然环境产生了较大的影响，其中放射性的⁹⁹TcO₄^?会带来严重的环境问题。由于ReO₄^?没有放射性且与⁹⁹TcO₄^?具有相似性质，ReO₄^?常作为模型离子来研究⁹⁹TcO₄^?的去除。针对上述问题，使用阳离子吸附剂通过离子相互作用对TcO₄^?/ReO₄^?进行特殊性捕获是目前最有效的方法，常见的吸附剂有阴离子交换树脂、无机阳离子材料和先进的多孔材料等，但它们仍存在吸附量较低、吸附速度慢、稳定性差、制备成本昂贵等问题。

基于此，东北师范大学赵锐副教授等开发了一种用于高效去除水中高铼酸根离子的阳离子静电纺纤维吸附剂。在这项研究中，采用基于超支化聚乙烯亚胺的共混静电纺纤维，进一步结合苄基溴季铵化反应合成了新型阳离子静电纺纳米纤维，在纤维上构建了大量的且具有疏水微环境的特定“阴离子陷阱”（图1）。相比于以往报道的高铼酸根离子吸附剂，聚合物纤维材料生产成本较低，具有较好的机械强度，易于工业制备；此外，化学接枝改性可以为电纺纤维提供选择性吸附高铼酸根离子的特定基团，静电纺纤维的纳米尺度纤维直径和基团的超支化结构可以暴露更多的吸附位点，极大拓展了电纺纤维的应用范畴和应用潜力。

图1. 新型阳离子静电纺纤维的合成方法。

由于得到的新型阳离子静电纺纤维吸附剂具有丰富的吸附位点、疏水微环境的“阴离子陷阱”、宏观的纤维形貌，阳离子静电纺纤维对高铼酸根离子展现了良好的去除能力。例如：快速的吸附平衡时间（30 min）、超高的吸附容量（943 mg/g）、良好的痕量去除能力（分配系数为1.1×10⁶ mL/g）、大的动态柱吸附体积（1540 BV）、在高的离子强度及高酸/碱下对ReO₄^?表现出优于的选择性。此外，也采用仪器表征及DFT理论计算对吸附机理进行了详细探究。

图2. 阳离子静电纺纤维吸附去除水中高铼酸根离子的性能。

图3. 离子静电纺纤维吸附高铼酸根离子的机理研究。

该项工作设计合成出一种具有超高吸附容量和优异选择性的TcO₄^?/ReO₄^?纤维吸附剂，为今后放射性污染物的吸附去除提供了新材料，相关研究成果以“Rationally tailoring anion traps into electrospun nanofibers for highly efficient perrhenate/pertechnetate capture”为题发表在国际期刊《Chemical Engineering Journal》上，论文的第一作者为东北师范大学硕士研究生陈丁阳，通讯作者为崔凤超副教授和赵锐副教授。此项研究得到国家自然科学基金、吉林省自然科学基金联合基金项目、吉林省教育厅科学技术研究规划项目、中央高校基本科研项目等基金的资助。

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

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（责任编辑：xu）

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