Adv. Mater.：分子印跡多孔芳香骨架及其選擇性萃取鈾離子的復合組分

尚志者王 5年前 (2018-03-06) 4859瀏覽

【引言】

由于鈾的最大來源是具有各種干擾離子（Na+，K+，Mg2+，Ca2+等）的海水，因此從水中選擇性提取鈾已引起了全世界的關注。 然而，傳統的吸附劑將其大部分功能位點封裝在其致密結構中，導致選擇性和吸附容量低等問題。 本文報道了結合位點首先被裝飾成多孔骨架，并且為鈾提取準備了一系列分子印跡的多孔芳香族骨架。 由于多孔結構提供了許多可接近的位點，與傳統的分子印跡聚合物相比，所得材料具有四倍增加的離子容量，并且在所有報道的鈾吸附劑中具有最高的選擇性。 此外，多孔框架可以分散到商業聚合物中形成復合組分，以便從模擬海水中實際萃取鈾離子。

【成果簡介】

在過去的20年中，有機多孔材料已經成為創新型功能性多孔材料。其純凈的有機成分和空間結構激發了催化、分子分離和光電子應用。作為無定形構件的多孔芳族骨架（PAF），因其大的表面積和可設計的骨架而眾所周知。通過各種有機偶聯反應和容易設計的建筑單體，可以制備具有限定片段的多種PAF。

近日，東北師范大學的朱廣山教授（通訊作者）在Adv. Mater.上發表了一篇題為“Molecularly Imprinted Porous Aromatic Frameworks and Their Composite Components for Selective Extraction of Uranium Ions”的文章。該研究通過分子印跡技術合成了UO22+印跡復合物，并構建了一系列分子印跡多孔芳香族骨架（MIPAF）。在內部空間中具有大量可接近活性部位的MIPAF，顯示出比傳統MIP更高的UO2 2+離子吸收性。 另外，它們對UO2 2+離子捕獲對抗干擾金屬離子的選擇性最高。 而且MIPAF能夠與其它聚合物有很好的相容，在實際應用中具有顯著的操作簡便性和靈活性，可以形成復合纖維、薄膜和涂層。

【圖文導讀】

圖1 構建單元及合成途徑

a）Heck偶聯反應的構建單位；

b）MIPAF-11-a的合成途徑和可能的片段；

c）基于孔徑分布的MIPAF 11b-11d。

圖2 紅外光譜及核磁圖

a）1,3,5-三（4-溴苯基）苯（黑色），MIPAF 11a（藍色），11b（紅色），11c（綠色）和11d（粉紅色）的FT-IR光譜；
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b）MIPAF 11a（黑色），11b（綠色），11c（紅色）和11d（藍色）的13 C CP / MAS NMR譜圖。
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圖3 吸附等溫線圖
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a）氮吸附等溫線；
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b）MIPAF的UO2 2+離子吸附等溫線。
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圖4 離子容量圖
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a）MIPAF-11c在存在不同干擾離子的情況下的離子容量；
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b）MIPAF-11c與其他基準材料的UO2 2+離子選擇性和飽和吸收量的比較。
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圖5 復合纖維、復合涂層的性能試驗
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a）MIPAF-11c復合纖維和涂層；
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b）MIPAF-11c復合涂層的UO2 2+吸附等溫線；
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c）在各種干擾離子存在下MIPAF-11c復合涂層的UO2 2+離子容量；
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d）MIPAF-11c復合涂層的回收實驗。
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【小結】
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研究人員將分子印跡技術與多孔材料的結構相結合，制備了一系列用于選擇性提取UO22+離子的MIPAF。 具有大量可訪問的印跡位點的MIPAFs有效地防止了UO22+離子泄漏，并且與傳統的MIP相比，增加了近400％的容量。 MIPAF-11c的加載選擇性是迄今報道的所有UO22+離子吸附劑中報道值最高的。 最重要的是，MIPAF粉末可以分散到商業聚合物中制備復合纖維、薄膜和涂料。 MIPAF及其復合部件的簡便、高效、高選擇性和高容量為實際UO22+的離子萃取提供了光明的前途。
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本文由材料人編輯部高分子學術組水手供稿，材料牛編輯整理。

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