3D打印Cu/Cu2O-PLA支架的构建及其在水环境中高效去除放射性碘化物的机制研究

为解决核事故及医疗废水中放射性碘（129I/131I）污染难题，韩国研究人员开发了一种基于3D打印PLA支架负载Cu/Cu2O纳米颗粒的新型吸附材料。通过表面亲水化改性与羧基功能化，实现了4.85 mg/g的吸附容量，并揭示其通过Cu(0)/Cu(I)氧化还原反应形成CuI的机制。该材料在宽pH范围及竞争离子存在下仍保持高选择性，为核废水处理提供了可规模化应用的解决方案。

　　

核能事故与医疗活动释放的放射性碘同位素（如¹²⁹I和¹³¹I）因其长半衰期和高迁移性，对生态环境和人类健康构成严重威胁。这些污染物易通过食物链富集，引发甲状腺癌等疾病。传统水处理技术难以有效去除水溶性碘化物（I^-），而银、铋等吸附材料又面临成本高、毒性大的局限。针对这一挑战，韩国研究团队在《Environmental Research》发表论文，创新性地将3D打印技术与纳米材料科学结合，开发出具有实际应用潜力的解决方案。

研究采用熔融沉积成型（FDM）技术制备聚乳酸（PLA）支架，通过碱水解和丙烯酸接枝实现表面亲水化与羧基功能化，继而负载Cu/Cu₂O纳米颗粒。关键技术包括：3D打印支架的几何结构设计、表面化学改性（接触角与FT-IR表征）、纳米颗粒原位合成（XRD验证），以及吸附性能测试（动力学与等温线分析）。

表面改性及表征
通过NaOH水解和丙烯酸接枝，PLA支架接触角从98°降至35°，FT-IR证实羧基成功引入。这种改性不仅增强亲水性，还为铜离子锚定提供活性位点。

吸附性能与机制
Langmuir模型显示最大吸附容量达4.85 mg/g，伪二级动力学表明化学吸附主导过程。X射线衍射（XRD）和拉曼光谱证实碘化物通过氧化还原反应转化为CuI沉淀，其中Cu⁰作为电子缓冲剂抑制Cu⁺氧化，维持吸附活性。

环境适用性
在pH 4-10范围内，材料对I^-的去除率保持>90%，且Cl^-、NO₃^-等竞争离子影响微弱（<10%）。连续柱实验显示铜溶出量仅0.08 mg/L，满足实际应用的安全标准。

该研究通过3D打印技术实现了吸附剂的结构可设计性与规模化制备潜力，其创新点在于：① 将纳米材料的高效性与宏观支架的易回收性结合；② 利用Cu/Cu₂O的协同作用提升氧化还原稳定性；③ 为核应急响应提供模块化水处理方案。相较于传统粉末吸附剂，该支架可避免吸附塔堵塞问题，且PLA基材的生物可降解性减轻环境负担。未来研究可进一步优化孔隙率以提升传质效率，并探索其在复杂介质（如海水）中的长期性能。这项工作为放射性污染物治理提供了技术范式，彰显了多学科交叉在环境工程中的应用价值。