溶剂诱导原位结晶法绿色合成环糊精金属有机框架材料及其高效捕获放射性碘的性能研究

针对核废料中放射性碘（I2/I3?）的安全捕获难题，吉林研究团队通过溶剂诱导原位结晶策略，开发了四种环糊精基MOF（CD-MOFs）材料。其中CD-Na-DMA对气态碘吸附量达2.25 g·g?1，循环稳定性优异，揭示了I2/I5?结合诱导吸附机制，为环境修复提供了绿色高效的解决方案。

　　

随着全球核能快速发展，放射性碘（¹²⁹I/¹³¹I）的治理成为重大挑战。这些同位素易通过食物链富集于甲状腺，引发功能损伤甚至癌变。传统吸附剂如活性炭和沸石因活性位点不足、吸附容量低（通常<1 g·g^?1），难以满足高温工况需求。金属有机框架（MOF）虽具有可调孔隙结构，但传统材料如Cd-MOF存在重金属毒性，MIL-53系列易结构坍塌。γ-环糊精（γ-CD）因其独特的8葡萄糖单元环形结构、24个羟基活性位点及7.5-8.3 ?疏水空腔，成为构建绿色MOF的理想配体。

吉林研究团队创新性地采用溶剂诱导原位结晶法，在20分钟内高效（产率>93%）合成了四种CD-MOFs材料。通过调控DMA、DMF等溶剂，获得具有分级孔隙的晶体结构，其中CD-Na-DMA呈现规则四面体形貌，比表面积达709.2 m²·g^?1。气态碘吸附实验显示，75°C下CD-Na-DMA吸附量达2.25 g·g^?1，显著优于多数报道材料。动力学分析符合伪二级模型，表明化学吸附主导过程。液相吸附中，CD-Na-DMA对碘-环己烷溶液的Langmuir最大吸附量为709.2 mg·g^?1。X射线光电子能谱（XPS）和拉曼光谱证实，吸附碘以I₂、I₃^?和I₅^?形式存在，机制涉及羟基电子转移至碘σ*反键轨道。材料经5次热脱附循环后性能保持90%以上，展现出工程应用潜力。该成果发表于《Separation and Purification Technology》，为核废料处理提供了兼具高效性、安全性和经济性的解决方案。

关键技术包括：溶剂诱导原位结晶合成、X射线衍射（XRD）结构解析、N₂吸附-脱附比表面积测试、热重分析（TG）、扫描电镜（SEM）形貌表征，以及XPS和拉曼光谱吸附机制研究。

结构表征
XRD显示CD-Na-DMA结晶度最佳，FT-IR证实羟基参与配位。SEM观察到CD-Na-DMA呈现均一四面体形貌，孔径分布测试揭示其具有微孔-介孔分级结构。

吸附性能
气态碘吸附中，CD-Na-DMA在75°C下2小时达吸附平衡，容量较CD-Na-EtOH提高37%。液相吸附符合Langmuir单层吸附模型，表明均匀活性位点分布。

机制分析
XPS在632.8 eV和619.5 eV处出现I₃^?特征峰，拉曼光谱在112 cm^?1处I_{5^?振动峰证实多碘化物形成。羟基的O1s峰位移表明电子转移是化学吸附的关键。}

该研究开创了环糊精MOF材料在核废料处理中的应用范式，其绿色合成工艺（溶剂可回收、FDA批准原料）与卓越性能（2.25 g·g^?1吸附量、5次循环稳定性）为环境修复提供了新思路。通过精准调控溶剂体系实现结晶度优化，揭示了主-客体相互作用与多碘化物形成的协同吸附机制，对开发下一代放射性污染物捕获材料具有指导意义。