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東北師范大學(xué)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(lái)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(yīng)用前景，但是在利用過(guò)程中產(chǎn)生的放射性副產(chǎn)物對(duì)自然環(huán)境產(chǎn)生了較大的影響，其中放射性的⁹⁹TcO₄^?會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的環(huán)境問(wèn)題。由于ReO₄^?沒(méi)有放射性且與⁹⁹TcO₄^?具有相似性質(zhì)，ReO₄^?常作為模型離子來(lái)研究⁹⁹TcO₄^?的去除。針對(duì)上述問(wèn)題，使用陽(yáng)離子吸附劑通過(guò)離子相互作用對(duì)TcO₄^?/ReO₄^?進(jìn)行特殊性捕獲是目前最有效的方法，常見(jiàn)的吸附劑有陰離子交換樹(shù)脂、無(wú)機(jī)陽(yáng)離子材料和先進(jìn)的多孔材料等，但它們?nèi)源嬖谖搅枯^低、吸附速度慢、穩(wěn)定性差、制備成本昂貴等問(wèn)題。

基于此，東北師范大學(xué)趙銳副教授等開(kāi)發(fā)了一種用于高效去除水中高錸酸根離子的陽(yáng)離子靜電紡纖維吸附劑。在這項(xiàng)研究中，采用基于超支化聚乙烯亞胺的共混靜電紡纖維，進(jìn)一步結(jié)合芐基溴季銨化反應(yīng)合成了新型陽(yáng)離子靜電紡納米纖維，在纖維上構(gòu)建了大量的且具有疏水微環(huán)境的特定“陰離子陷阱”（圖1）。相比于以往報(bào)道的高錸酸根離子吸附劑，聚合物纖維材料生產(chǎn)成本較低，具有較好的機(jī)械強(qiáng)度，易于工業(yè)制備；此外，化學(xué)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(tuán)，靜電紡纖維的納米尺度纖維直徑和基團(tuán)的超支化結(jié)構(gòu)可以暴露更多的吸附位點(diǎn)，極大拓展了電紡纖維的應(yīng)用范疇和應(yīng)用潛力。

圖1. 新型陽(yáng)離子靜電紡纖維的合成方法。

由于得到的新型陽(yáng)離子靜電紡纖維吸附劑具有豐富的吸附位點(diǎn)、疏水微環(huán)境的“陰離子陷阱”、宏觀的纖維形貌，陽(yáng)離子靜電紡纖維對(duì)高錸酸根離子展現(xiàn)了良好的去除能力。例如：快速的吸附平衡時(shí)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(shù)為1.1×10⁶ mL/g）、大的動(dòng)態(tài)柱吸附體積（1540 BV）、在高的離子強(qiáng)度及高酸/堿下對(duì)ReO₄^?表現(xiàn)出優(yōu)于的選擇性。此外，也采用儀器表征及DFT理論計(jì)算對(duì)吸附機(jī)理進(jìn)行了詳細(xì)探究。

圖2. 陽(yáng)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(jī)理研究。

該項(xiàng)工作設(shè)計(jì)合成出一種具有超高吸附容量和優(yōu)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(guān)研究成果以“Rationally tailoring anion traps into electrospun nanofibers for highly efficient perrhenate/pertechnetate capture”為題發(fā)表在國(guó)際期刊《Chemical Engineering Journal》上，論文的第一作者為東北師范大學(xué)碩士研究生陳丁陽(yáng)，通訊作者為崔鳳超副教授和趙銳副教授。此項(xiàng)研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、吉林省自然科學(xué)基金聯(lián)合基金項(xiàng)目、吉林省教育廳科學(xué)技術(shù)研究規(guī)劃項(xiàng)目、中央高校基本科研項(xiàng)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(zé)任編輯：xu）

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