具有可调通道的层状硫化物结构，实现了从放射性废水中高效提取稀土元素的精准技术

《Advanced Materials》：Wrinkled Layered Sulfide With Tunable Channels Unlocks Precision in Rare Earth Extraction From Radioactive Wastewater

稀土离子交换材料GaSbS-1通过皱纹层战略堆叠形成可调通道，消除脱水步骤并增强交换效率。其动态层间膨胀结构实现快速动力学（5分钟内交换率97.14%-99.40%）和高容量（Y3?/Tm3?达138 mg/g），适用于pH 2-12及海水环境，与PTFE膜结合可高效回收痕量稀土（>99.71%）。

　　

摘要

通过策略性堆叠具有褶皱结构的层，将可调节尺寸的通道集成到晶体晶格中，从而提高了稀土元素（REE）离子交换性能，这是因为消除了耗能较大的脱水过程并降低了通道的刚性。在[(CH₃)₂NH₂]₂Ga₂Sb₂S₇ (GaSbS-1)材料中，Sb³⁺上的孤对电子（LEP）在三角锥形{SbS₃}结构中影响Ga─S键的取向，形成了褶皱状的[Ga₂Sb₂S₇]_n^2n?层。错位的堆叠方式形成了由[(CH₃)₂NH₂]⁺阳离子占据的平行通道，这有助于稀土元素³⁺离子（如Y³⁺、La³⁺和Lu³⁺）的高效交换。动态的层间膨胀使GaSbS-1具有出色的交换性能：在5分钟内，Y³⁺的交换效率可达97.14%–99.40%，交换常数k₂为2.592–3.462 g mg^?1 min^?1；对于Ce³⁺、Eu³⁺和Tm³⁺，交换效率分别为63、125、143和138 mg g^?1。该材料在pH = 2–12的范围内具有结构稳定性，在pH = 4–9时，其离子交换常数K_d值大于10⁴–10⁵ mL g^?1，并且对稀土元素³⁺具有优异的选择性，优于其他竞争离子。即使在真实的水环境中（包括海水中），其性能依然稳定，稀土元素³⁺的最大去除率也超过90%。快速的交换动力学使得该材料适用于高效柱式过滤（R = 93.10%–98.51%）和循环使用。在1.38 mL min^?1 cm^?2的流速（接触时间0.17秒）下，GaSbS-1/PTFE膜对微量稀土元素³⁺的去除率可达99.71%–99.95%。凭借高产率、抗辐射性和易于洗脱的特性，GaSbS-1成为一种用于净化含有稀土元素的放射性废水的概念验证型交换剂。

利益冲突

作者声明不存在利益冲突。