DOI:10.1039/d0sc00249f

成果介绍

近日，东北师范大学朱广山课题组在Chemical Science 上发表了关于构建开放式偕胺肟基修饰的多孔吸附材料用于海水提铀中，使得海水提铀技术得到了经济高效的新进展。文章报道了一种通过 Scholl反应将偕胺肟基改性的建筑单元交联成多孔芳族骨架（PAF）的策略。由于开放式结构的形成，PAF样品可实现702 mg·g ^-1的超高铀容量，与基于聚合物的吸附剂相比，它的容量提高了16倍，吸附速率提高了7倍。值得注意的是，PAF固体能够集成到各种设备中，从而实现了从真实海水中提取多用途且有效的铀（在21天之内达到了约6 mg·g ^-1的商业标准）。此外，使用我们基于PAF的吸附剂的最终成本为每千克铀189.77美元，这与现行市场成本（每千克100-335美元）相符。

在本文中，通过将低成本的氰基苯基通过AlCl₃催化的Scholl反应交联到多孔结构中来合成工业化的多孔吸附剂，在碱性环境中用NH₂OH·HCl进行后处理后，氰基被转化为骨架中的下胺肟基。制备得到吸附材料合成方案如图1所示。其中第一步合成条件是：AlCl₃ /CHCl₃，60°C，48 h。第二步偕胺肟基化条件是：NH₂OH·HCl / N(CH₂CH₃)₃ / EtOH，70°C，48小时。

 图文导读

图1 PAF-AOs的合成方案。

图2 结构表征：（a）PAF-170/171/172和PAF-170/171/172-AO的FT-IR光谱。（b）PAF-170/171/172-AO的¹³C CP/MAS NMR光谱。（c）PAF-170/171/172和PAF-170/171/172-AO的N₂吸附等温线。（d）PAF-170-AO和铀吸附的PAF-170-AO的N1s和O1s XPS光谱。

图3 （a）PAF-170-AO系列的铀吸附和表面积。（b）铀酰离子溶液（7 ppm，pH〜6）中PAF-170/171/172AO的铀吸附等温线。（c）在模拟的海水系统中（7 ppm，pH〜6），铀的吸附和表面积与其他由氨基肟肟修饰的吸附剂进行比较。（d）PAF-170-AO的可重复使用性。

图4（a）在5 L·min^-1的流速下连续60天获得的真实海水（〜3 ppb）中PAF-CS的铀吸附等温线。（b）在实验室中制备的PAF-CS的照片。

结论

该研究用低成本的方式构造了一系列具有开放式结构的多孔吸附剂，以使大量的偕胺肟基容易获得。所得材料在动力学，容量和可持续性方面显示出一些常规聚合物基吸附剂所没有的优势。制作完成后，其优异的性能有望为海水提铀工程提供新的方案。这项工作说明了基于低价整合剂，廉价催化剂和简单操作的多孔吸附剂的制备，从而为高性能工业产品指明了潜在的发展方向。

原文链接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2020/sc/d0sc00249f#!divAbstract