基于甘油的深共晶溶剂高效可逆捕获气相碘：核安全与环境治理新策略

为解决核能工业中放射性碘(I2 )蒸气的高效捕获与回收难题，意大利都灵大学团队创新性开发了甘油(Gly)基深共晶溶剂(DESs)，通过调控胆碱盐(Ch+ X- )与甘油比例，实现最高4 g g-1 的碘吸附量，并首次揭示甘油氧原子与碘的化学相互作用机制。该研究发表于《Communications Chemistry》，为核废料处理提供了低成本、可再生的液态吸附方案。

　　

核能作为全球重要电力来源，其产生的放射性碘同位素（如¹²⁹
I和¹³¹
I）对环境和人类健康构成严重威胁。传统多孔固体吸附剂虽能有效捕获碘蒸气，但面临合成复杂、成本高昂且不可逆吸附等瓶颈。液态吸附剂如离子液体(ILs)虽具潜力，却存在毒性大、难以纯化等问题。在此背景下，深共晶溶剂(DESs)因其绿色环保、易制备等优势成为新兴候选材料，但此前从未应用于气相碘捕获领域。

意大利都灵大学的Daniele Motta等研究人员设计了三组甘油基DESs：胆碱氯化物(ChCl)/甘油(1:2和1:3)与胆碱碘化物(ChI)/甘油(1:3)，通过重力法测定碘吸附量，结合热重分析(TGA)评估可逆释放性能，并利用拉曼光谱解析碘物种的化学形态。研究发现ChCl:Gly 1:2表现最优，24小时吸附量达4 g g^-1
，超越多数固态吸附剂；加热至100°C可释放80%的碘。拉曼光谱证实碘不仅以分子形式(I₂
)物理吸附，还通过甘油氧原子形成化学相互作用(-O---I₂
)，而热处理后残留的I₅
^-
物种揭示了复杂的多碘化物转化机制。该成果发表于《Communications Chemistry》，为核废料处理提供了兼具高效性与可持续性的解决方案。

关键实验方法

1. DESs制备：将胆碱盐(ChCl/ChI)与甘油按1:2或1:3摩尔比混合，40°C搅拌至均质化
2. 碘蒸气吸附：80°C密闭系统中定时称重测定吸附量
3. 热重分析：5°C min^-1
   升温速率下测定碘释放行为
4. 拉曼光谱：785 nm激光检测100-1800 cm^-1
   区间碘物种振动模式

研究结果

1. 重力法碘吸附
   ChCl:Gly 1:2(DES1)吸附量达3.86 g g^-1
   ，显著高于纯甘油(0.17 g g^-1
   )，证明胆碱盐的协同作用。吸附后体系呈现凝胶态，室温储存42天仅损失3-6%碘，显示优异稳定性。

2. 热分析
   TGA显示所有DESs在120°C附近出现宽泛质量损失（约75%），对应碘释放。DTG曲线揭示至少两个释放步骤，表明存在不同结合强度的碘物种。

3. 拉曼表征
   未处理样品在180 cm^-1
   (I₂
   )和163 cm^-1
   (-O---I₂
   )处出现特征峰，证实物理吸附与化学相互作用并存。热处理后仅保留168/143/109 cm^-1
   峰，归属为I₅
   ^-
   ，暗示卤素交换反应发生。

结论与意义
该研究首次证明甘油基DESs可作为气相碘"分子海绵"，其性能超越多数固态材料的关键在于：①胆碱盐通过极化甘油羟基增强氧原子给电子能力；②多重相互作用（物理吸附、XB、-O---I₂
）协同提升容量。相较于传统ILs，DESs成本降低90%且生物降解性更优。未来通过调控HBD/HBA比例与结构，有望实现完全可逆吸附，并拓展至能源存储领域（如碘基电解质）。这项工作为核工业废物管理提供了符合绿色化学原则的新范式。