放射医学与辐射防护国家重点实验室、苏州医学院放射医学与防护学院华道本教授课题组在放射性碘与锝吸附方面取得新进展，相关成果以“Rapid and Scalable Preparation of Highly Quaternized Polymer Networks to Achieve Efficient Simultaneous Adsorption of Iodide and Pertechnetate”为题发表在化学领域国际知名期刊《SCIENCE CHINA Chemistry》上，论文链接http://engine.scichina.com/doi/10.1007/s11426-024-2236-1。
99Tc和放射性碘同位素为高产裂变产物，分别以99TcO4−和I−的形式存在于放射性废水中。Tc（VII）可通过催化氧化还原反应显著干扰燃料循环中关键核素的价态控制。此外，99TcO4−和I−都表现出较高的环境迁移性，可能导致广泛的环境污染。因此，有效分离和去除99TcO4−和I−对环境保护和推进核能可持续发展具有战略意义。然而，放射性废水和污染水体中通常含有多种无机盐以及其它共存核素离子，降低吸附材料对这两种核素的吸附容量与净化效率。
阳离子聚合物网络（CPNs）具有高正电荷密度和可调控的化学结构，这些特点有望解决以上挑战，实现99TcO4−和I−的高效吸附。但目前CPNs的制备仍面临限制，阻碍了其更广泛的应用。这些限制源于CPNs构建中使用的刚性构筑单元，其导致空间位阻增加并阻碍 CPNs的有效构建。此外，合成过程中材料内强烈的电荷排斥通常会降低聚合度，导致正电荷密度和吸附能力降低。而且，这些网络通常需要在高温或微波的辅助下经过漫长的制备过程，这进一步限制了它们的实用性。
图1.（A） Cl@QPN用于TcO4−和I−的吸附；（B） Br@QPN的合成；（C） 不同厚度的Cl@QPN膜；（C） Cl@QPN块置于叶子上的照片；（E） Cl@QPN承重照片。
基于此，研究团队提出了一种可扩展的超快制备策略，用于高正电荷密度有机网络的有效构建，以同时有效地捕获放射性碘离子和高锝酸根（图1A）。使用1,2,4,5-四（溴甲基）苯（TBMB）和柔性聚乙烯亚胺（PEI）作为构建单元，在室温下快速制备了高度季铵化有机网络（Cl@QPN）。PEI的富氮结构使Cl@QPN的正电荷密度高达7.6 mmol/g，为I−和TcO4−的吸附提供丰富的阳离子位点。PEI上的胺基和TBMB上的苄基溴之间的高反应性可有效减轻电荷排斥对网络构建的影响，从而能够快速以不同形状制备Cl@QPN，同时赋予其良好的机械性能（图1B-E）。
图2. pH值对Cl@QPN吸附（A）ReO4−和（B）I−的影响；Cl@QPN对（C）ReO4−（99TcO4−）和（D）I−的吸附动力学；（E）ReO4−和（F）I−的吸附等温线；（G）Cl@QPN对低浓度ReO4−和I−的吸附；Cl@QPN对（H）ReO4−和（I）I−的选择性。
Cl@QPN可在pH4-10范围内对ReO4−和I−达到高于90%的吸附效率（图2A和B）。由于Cl@QPN的高正电荷密度，其对ReO4−和I−均表现出的超快吸附速度，在30秒内对ReO4−和I−分别达到92.9%和94.7%的高吸附效率。ReO4−和I−在Cl@QPN上的吸附等温线符合Langmuir模型（图2E和F），ReO4−和I−的吸附容量分别达到1681和917.4 mg/g。团队还评估材料 对99TcO4−的吸附性能，结果如图2C所示。Cl@QPN在3分钟内实现了对99TcO4−96%的高去除率，具有高于大多数已报道材料的吸附速率（0.222 g/mg/min）。由于99TcO4−和放射性碘在环境中具有相当大的流动性，核电站附近的地下水很容易受到污染，导致地下水中99TcO4−和I−的浓度很低（subppm级别）。如图2G所示，Cl@QPN能有效地从50 ppb至1 ppm的低浓度溶液中高效去除ReO4−和I−，表明Cl@QPN具有实现低浓度核素深度净化的潜力。
图3. Cl@QPN对（A）ReO4−和（B）I−吸附的可重复使用性研究；（C） 在模拟汉福德地下水中同步吸附ReO4−/I−；（D） 动态实验装置；（E） I−和ReO4−的动态吸附曲线。
使用饱和盐水作为洗脱剂，Cl@QPN具有优异的重复使用性能（图3A和B）。同时，对于模拟汉福德地下水中的ReO4−和I−也表现出良好的去除效果，在0.8 mg/mL的吸附剂含量下对ReO4−和I−分别达到96.6%和88.3%的净化效率（图3C）。团队在模拟地下水中评价了Cl@QPN分别对ReO4−和I−的动态吸附能力（图3D和E）。以95%的去除效率定义为突破点，每千克材料可处理高达3100公斤的含I−模拟地下水和7400公斤的含ReO4−模拟地下水，Cl@QPN在污染地下水的实际修复应用中具有前景。
老澳门开奖结果2024开奖记录副研究员徐美芸、硕士生陈福龙为该论文的共同第一作者，华道本教授为通讯作者。该工作受到国家自然科学基金（22176138，22276129）和江苏省高等学校重点学科建设项目（PAPD）的资助。