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高分子科学与材料研究部翟茂林课题组和合作者在共价有机框架材料的放射性核素分离研究中取得重要进展

发布时间：2020-09-08

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共价有机框架（Covalent Organic Frameworks, COFs）材料是一类具有二维或三维延伸结构、周期性和结晶性的多孔有机聚合物，其结构单元通过强共价键连接。因其结构的多样性、永久的多孔性和优异的稳定性，这类材料在能源、催化、分离等领域均有着重要的应用前景。99Tc是一种半衰期长、毒性大的放射性核素，在水溶液中以TcO4？形式存在。在乏燃料后处理和核环境修复等领域，设计合成具有优异TcO4？捕获性能的阴离子分离材料仍然是一个重大挑战。

近期，北高分子科学与材料研究部翟茂林教授课题组和中国科学院高能物理研究所石伟群课题组合作通过γ射线辐射接枝策略制备了一种咪唑溴盐修饰的COFs材料。通过优化辐射接枝反应条件，成功实现了COFs孔道内咪唑溴盐接枝链的调控，合成的材料对TcO4？及其模拟物ReO4？具有快速的分离动力学（平衡时间2 min）、优异的吸附能力(吸附容量952 mg/g) 和良好选择性。利用EXAFS并结合理论计算等方法，揭示了ReO4？在接枝修饰COFs材料中的阴离子交换吸附机理。

图1 咪唑溴盐接枝修饰的COFs合成及动态柱实验示意图

更为重要的是，制备的COFs材料所具有的高孔隙率和超稳定的纳米纤维状结构，使其成为ReO4？/TcO4？动态柱实验的理想填料。实验结果表明，经过4个吸附？解吸循环后，去除率仍高达99.98%，回收率均大于91%，显示出优异的分离性能。本工作是COFs材料应用于动态吸附柱实验的首例报道，展现了COFs材料在乏燃料后处理和核环境修复中的巨大潜力，并为其产业化应用提供了重要理论和实验依据。

图2 ReO4？/TcO4？动态柱实验洗脱曲线、去除率及回收率

该研究工作以“Radiation Controllable Synthesis of Robust Covalent Organic Framework Conjugates for Efficient Dynamic Column Extraction of 99TcO4？”为题在Cell Press子刊Chem期刊发表（DOI: 10.1016/j.chempr.2020.08.005），在线链接：https://www.cell.com/chem/fulltext/S2451-9294(20)30415-0。