用于高效铀吸附的功能化分层多孔聚合物的简便和可扩展合成.docxVIP

文章亮点

1.功能化多孔聚合物是通过一种简便、可扩展的方法制造出来的。

2.分层多孔结构允许铀酰快速扩散。

3.高密度的磷酸基团提供了对铀的高亲和力。

4.该吸附剂具有卓越的铀（VI）吸附性能。

摘要详文

1.从废水中高效捕获铀对环境修复和核能的可持续发展具有重要意义，但这也是一项巨大的挑战。本文报告了一种简便、可扩展的方法，用于制造装饰有高密度磷酸基团的功能化分层多孔聚合物（PPN-3），以吸附铀。

2.所构建的分层多孔结构可允许铀酰离子快速扩散，而作为吸附位点的丰富磷酸基团则可提供对铀的高亲和力。因此，PPN-3对铀的吸附量高达923.06mgg-1，并且在添加铀的水溶液中仅需10分钟就能达到吸附平衡。

3.此外，PPN-3还能选择性地吸附铀，而不吸附多种金属离子，在实际水体系统中对铀（VI）具有快速而高的去除率。此外，这项研究还提供了直接聚合策略，可以经济高效地制造磷酸盐功能化多孔有机聚合物，为铀萃取提供了广阔的应用前景。

Graphicalabstract

研究引入

核能以其低碳排放和高能量密度的优势，已成为满足全球清洁能源需求的可靠候选者。特别是铀作为主要原料，在核电中占有举足轻重的地位。然而，核工业不可避免地产生了大量含铀废水。据我们所知，铀主要以稳定的六价氧化态(U(VI))溶解在水中，并会在水生介质中迁移。由于铀的高放射性和化学毒性，对人类健康和生态环境安全造成极大危害。此外，这也是一种重要的铀资源。因此，有效地去除和回收废水中的U(VI)对环境修复和人类健康具有重要意义和紧迫性。

然而，废水中大量共存的金属离子和低含量的铀(5~50ppm)严重限制了铀的提取。迄今为止，从水中捕获铀的方法有多种，包括溶剂萃取、离子交换、膜过滤，电化学还原和吸附。与其他方法相比，吸附法具有成本效益高、能耗低、操作简便等优点，得到了广泛的应用。到目前为止，各种吸附剂已被用于提取铀，包括金属有机框架(MOFs)、生物聚合物、无机材料、多孔有机聚合物(POPs)和偕胺肟功能化材料。然而，它们中的大多数在吸附容量、吸附动力学和选择性方面往往不能满足实际应用的要求。

在这些吸附剂中，由于具有高比表面积、可调孔隙度、多功能功能和灵活的合成方法，许多类型的持久性有机污染物在铀萃取方面显示出巨大的前景，如共价有机框架(COFs)、超交联聚合物(HCPs)、固有微孔聚合物(PIMs)、共轭微孔聚合物(CMPs)、多孔芳香框架(PAFs)。然而，大多数原始持久性有机污染物的铀吸附性能往往受到大量微孔或小介孔的存在的限制，这些微孔或小介孔阻碍了传质和活性位点的可及性，并且缺乏对铀具有高亲和力的官能团。值得注意的是，据报道，设计的分层三聚氰胺-甲醛(MF)聚合物具有高度多孔的网络，可以通过简单和可扩展的方法合成。令人印象深刻的是，构建的分层孔隙结构有利于客体的快速扩散，促进活性位点的可达性，这有助于提高吸附剂的吸附动力学和容量。然而，有前途的分层MF聚合物缺乏选择性吸附铀离子的特定官能团，这极大地限制了它们捕获U(VI)的有效性。因此，制备具有丰富选择性官能团的分层MF聚合物将是高效提铀的有效策略。

近年来，由于磷酸基与铀离子的强螯合作用，磷酸盐功能化多孔聚合物被广泛用于铀捕获。然而，这些聚合物主要通过合成后修饰实现功能化，这需要复杂的制备过程，并且限制了磷酸基的密度并导致孔隙堵塞。考虑到上述因素，通过直接和可扩展的方法设计和构建具有分级孔结构和高密度磷酸基的功能化MF聚合物对铀的吸附是非常理想和重要的。

因此，在不同的反应条件下，通过磷酸三聚氰胺与甲醛单体的简单缩聚，成功地合成了磷酸三聚氰胺功能化多孔聚合物。通过各种表征试验分析了制备的多孔聚合物的结构和组成。系统地研究了多孔聚合物的吸附性能。PPN-3具有较高的吸附吸收率、快速的吸附动力学和对铀酰离子的亲和力。并对PPN-3与铀的配位机理进行了研究。

Fig.1.(a)FTIRspectraofPPNs.(b)Solid-state13CNMRspectraofPPNs.(c)N2adsorption-desorptioncurvesand(d)poresizedistributionsofPPNs.(e)WatercontactanglechangesofPPN-3.

Fig.2.UraniumadsorptioncapacitiesofMP-Fpolymerssynthesizedwithdifferent(a)reactiontemperature,(b)reactiontimeand(c)monomerconcentration(C0=20mgL?1