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瞿金平院士華科大團隊牛冉研究員《J. Hazard. Mater.》:基于金屬有機框架的水凝膠微納馬達用于鈾檢測和去除
2024-02-14  來源:高分子科技

  隨著全球經濟的快速發展,人類對能源的要求日益增長,核能以其不存在有毒氣體排放、經濟效益高的優點,被視作最具希望的未來能源之一。然而,核能生產路線中放射性廢物的意外釋放會對環境產生不良影響,甚至危害人類健康。鈾是目前最重要的核燃料,為了避免水體中的鈾含量過高而對人體健康的威脅,鈾的去除和檢測至關重要。在眾多吸附劑中,聚合物基吸附材料因其含有豐富的可與鈾酰離子配位的官能團而備受關注,但其緩慢的吸附過程和較低的吸附效率限制了它們的實際應用。此外,目前鈾檢測主要依靠復雜且昂貴的儀器因此,開發一種方便、經濟且高效的鈾吸附劑來檢測和去除水體中的放射性鈾元素是必要的。


  近年來微納材料伴隨著微納技術的興起而迅速發展,微納馬達(micro/nanomotorMNMs)便是眾多微納材料中的一種,它是指尺寸在微米或者納米級別,可以將其他形式的能量轉化為動能,并具備特殊功能或能執行微觀體系任務的器件。近年來,微納馬達在環境修復方面的應用引起了極大的關注,但其在鈾吸附/檢測方面的研究并不多見,設計一種用于檢測和去除的雙功能MNMs仍然具有挑戰性。


  近日,華中科技大學化學與化工學院瞿金平院士/牛冉研究員團隊在《Journal of Hazardous Materials》雜志在線發表了題為“Dual-functional metal-organic frameworks-based hydrogel micromotor for uranium detection and removal”的研究文章。他們通過反向乳液聚合法設計了一種基于聚(丙烯酸-丙烯酰胺)@Fe3O4@ZIF-8PFZ)的雙功能MNMs由于快速鈾檢測和去除聚(丙烯酸-丙烯酰胺)中的羧基、酰胺官能團可結合鈾酰離子,實現鈾吸附;磁性Fe3O4納米粒子賦予材料磁回收和驅動性能,并在外磁場下形成不同結構的集群;聚(丙烯酸-丙烯酰胺)中的富電子官能團ZIF-8間的電子轉移增強了微馬達的熒光性能,使其具有低檢測限(~250 ppb);微馬達的自主運動打破被動擴散,使其與鈾酰離子充分接觸,提高檢測和去除效率。這項工作水體中放射性鈾元素的檢測和去除提供了一種新策略。

 

1 反向乳液法制備磁性球狀PFZ微馬達

 

2 PFZ微馬達在xz/xy旋轉磁場下的磁驅性能

 

3 PFZ微馬達的鈾吸附性能

 

4 PFZ微馬達的鈾吸附機理

 

5 用于循環鈾吸附的微型裝置

 

6 PFZ馬達的鈾檢測性能


  論文第一作者為華中科技大學化學與化工學院2022級碩士研究生張心樂,論文通訊作者為華中科技大學化學與化工學院牛冉研究員,論文作者還包括華中科技大學瞿金平院士龔江教授。該研究得到國家自然科學基金的資助。


  全文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133654


作者簡介:


  牛冉,華中科技大學化學與化工學院研究員博士生導師、國家重點研發計劃青年項目首席科學家,主要研究領域為能量轉化功能高分子材料及微納米機器人。目前以第一或通訊作者身份PRLPNASSci. Adv.ACS NanoAdv. Sci., SmallChem. Eng. J.J. Mater. Chem. AEnergy Environ. Mater.ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文70篇,獲授權專利5項,申請專利7項。主持承擔國家自然科學基金、重點研發計劃青年科學家項目、重點研發計劃子課題等國家和省部級科技項目多項,并獲得湖北省海外高層次人才計劃、武漢英才等多項榮譽獎勵擔任Rare Metals期刊 (中科院1區,影響因子6.3) ExplorationEnergy Materials期刊青年編委
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(責任編輯:xu)
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