通过氨基吡啶功能化硅胶基聚合物增强模拟高放废液中钯的分离

推荐 为解决高放废液（HLLW）中钯回收效率低、二次污染严重等问题，研究人员开发了氨基吡啶功能化的硅胶基复合树脂（SiPAc-NH-Pys），通过吸附实验和光谱分析，证明其对钯具有高选择性、快速吸附动力学及优异的化学稳定性，钯回收率接近100%，为核废料处理提供了新方案。

　　

论文解读
全球钯资源稀缺且分布不均，其提炼过程能耗高、污染重，而核燃料后处理产生的高放废液（HLLW）中钯含量可观，但因强酸、辐射及杂质离子干扰，高效回收钯极具挑战。为突破这一瓶颈，中国科研团队设计并制备了氨基吡啶功能化的硅胶基复合树脂（SiPAc-NH-Pys），通过原位聚合与后修饰策略，结合批量实验与光谱技术，系统研究了其对钯的吸附行为与机制。

研究采用原位溶液聚合和后合成修饰两项核心技术。前者以多孔硅胶为骨架，在无水DMSO中以AIBN为引发剂，使EGDMA交联形成基底；后者通过3-氨丙基三甲氧基硅烷（APTES）接枝氨基吡啶衍生物（o-NH?-Py、m-NH?-Py、p-NH?-Py），赋予材料软硬酸碱协同作用位点。

实验结果表明，SiPAc-NH-Pys对钯的吸附呈现快速动力学特征，10分钟内可达平衡，伪二级动力学模型拟合优度R2达0.999。Langmuir模型描述其等温吸附过程，最大吸附容量为285 mg/g。XPS与FTIR分析证实，吡啶环氮原子作为主要活性位点，通过配位作用捕获钯离子，同时硝酸根阴离子参与协同络合。该材料对镧系元素及碱金属离子几乎无吸附，选择性系数高达10?量级。

在柱式操作中，SiPAc-NH-Pys连续运行10周期后吸附效率仍高于95%，且未检测到功能基团脱落。与传统溶剂萃取相比，该方法避免了有机废液污染；相较于电沉积，其能耗降低70%以上。研究成果表明，氨基吡啶功能化策略显著提升了材料的选择性与稳定性，为核工业中贵金属回收提供了兼具环境友好性与经济性的解决方案。

研究结论强调，SiPAc-NH-Pys的孔隙结构与功能基团协同作用是其高性能的核心。氮原子的孤对电子与钯离子形成强配位键，硝酸根通过桥联效应增强吸附能。该材料的化学稳定性使其在1 mol/L HNO?中循环使用50次后性能无衰减，具备工业化潜力。此突破性进展不仅缓解了钯资源短缺问题，还为高放废液无害化处理提供了创新路径，对核能可持续发展具有重要战略意义。