Tingyi Wang, Xiangquan Liu, Jinglun Yang, Jiaqi Tang, Binbin Zhai, Yan Luo, Zhongshan Liu*, and Yu Fang*. Langmuir, 2024, 40, 4489-4495.

核能为技术进步和社会发展作出了巨大贡献。另一方面，它产生了大量的放射性废物，这对环境和公众健康构成了严重的威胁。铀裂变产生的放射性碘同位素(¹³¹I或¹²⁹I)是众多辐射源之一。放射性碘(¹²⁹I)毒性大，半衰期长(1.57 × 10⁷年)，辐射强，迁移率大，需要被妥善处理。因此，如何从气相或溶液中捕获碘成为了急需考虑的问题。迄今为止，大多数研究都集中在从气相或者有机溶剂中捕获碘。从水溶液中吸附碘的研究相对较少但也同样重要。在现实环境中，受放射性碘污染的水主要有两个来源，即核电站(如切尔诺贝利和福岛)的废水排放和医院。此外，碘也是在紧急情况下使用的水消毒剂。尽管废水在排放前严格执行了防护程序，但残留的碘(例如5-32 mg/L)仍然是有害的。因此，开发能够从水中去除微量碘的技术是非常必要的。

吸附法是工业上常用的去除¹²⁹I的方法。已经报道的吸附剂主要有银基固体吸附剂、活性炭、金属交换沸石、粘土等。最近，一些具有高比表面积和可控多孔结构的新型吸附剂，如金属-有机框架(MOFs)、共价有机框架、多孔芳香框架和其他多孔有机聚合物，已经被用于捕获碘蒸气。已经报道地用于从水溶液中捕获碘的吸附材料不仅有限，而且还存在一些缺点。例如，基于纳米材料的吸附剂容易聚集，这会降低结合位点的利用率。对于以多孔材料为主的吸附剂，由于结合位点常位于内部孔隙的表面，可用的结合位点比例受到限制。而膜分离技术因其去污系数高、占地面积小、能耗低等优点成为另一种从水溶液中捕获碘的方法。例如，聚合物/ MOFs复合膜被用于快速去除水溶液中的碘。

然而，需要指出的是，大多数研究主要集中在高浓度碘的去除上，而同样具有重要性和挑战性的微量碘的去除似乎被忽视了。在本章的研究中，我们尝试采用纳滤的方式去除水相中的微量碘，以达到水的深度净化。因此，设计了一种无缺陷、自支撑的杯[4]吡咯基纳米膜，并将其用于碘污染水的深度净化。探讨了其吸附机理。

图1. (a) CPTH-TFPA纳米膜的合成。(b)抵抗尖镊子的CPTH-TFPA纳米膜照片。(c)纳米膜支撑在橡胶环上的照片。(d) CPTH-TFPA纳米膜的SEM图像。(e)硅片上CPTH-TFPA纳米膜的AFM图像。

从水溶液中有效去除放射性碘在很大程度上取决于所采用的吸附材料。在这项工作中，我们报道了一种基于杯[4]吡咯的纳米膜用以去除水中的碘。该膜是通过四酰肼杯[4]吡咯与1,3,5-三-(4-甲酰基苯基)醛，在空气/二甲基亚砜(DMSO)界面上的动态缩合而成的。获得的纳米膜的厚度约为35 nm，可以实现快速的传质和高比例的碘的可用结合位点。纳米膜对碘的准二阶吸附动力学常数为 ~ 0.061 g×g^-1×min^-1,比大多数报道的吸附材料高出3个数量级，。通过纳滤测试表明，纳米膜的吸附量为1.48 g×g^-1，去除率高，可重复使用。机理研究表明，席夫碱、吡咯和芳香分子对碘的结合起关键作用。我们相信，这项工作不仅为从水中有效去除放射性碘提供了一种新策略，而且为设计有效的碘吸附剂提供了一些新的方法。

图2. (a) 初始碘浓度为1.2 mM时，CPTH-TFPA纳米膜在I₂ /KI水溶液中的碘吸附动力学。(b, c) CPTH-TFPA纳米膜的吸附动力学曲线。(d)其他膜材料与CPTH-TFPA纳米膜对碘的吸附能力和动力学常数的比较。

第一作者：陕西师范大学硕士研究生王挺屹

通讯作者：陕西师范大学房喻院士、刘忠山副教授

全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.3c03961