聚二烯丙基二甲基氯化铵功能化石墨烯/铜铁氰化物复合材料用于电容去离子法高效选择性去除铯离子

针对核废液中放射性Cs+去除的难题，韩国研究团队开发了PDDA功能化石墨烯负载铜铁氰化物（CuHCF/PDDA-G）复合电极。该材料通过电容去离子（CDI）技术实现267 mg g-1的Cs+吸附容量，选择性优于Sr2+和Na+，为放射性废水处理提供了高效解决方案。

　　

放射性铯离子（Cs⁺）是核工业废水处理的核心挑战，尤其是半衰期达30年的Cs-137具有高度水溶性和生物累积性。传统吸附材料如沸石和离子交换树脂存在选择性差、再生困难等问题，而电容去离子（CDI）技术因能耗低、可循环等优势成为新兴解决方案。然而，现有电极材料难以兼顾高导电性和对Cs⁺的特异性捕获能力。

韩国能源技术研究院团队在《Journal of Alloys and Compounds》发表研究，创新性地将普鲁士蓝类似物铜铁氰化物（CuHCF）与聚二烯丙基二甲基氯化铵（PDDA）功能化石墨烯复合，开发出高性能CDI电极。通过PDDA的正电荷特性促进CuHCF在石墨烯上的均匀生长，构建了兼具快速电子传导和离子筛分功能的3D网络结构。

关键技术包括：PDDA-G的静电自组装功能化、CuHCF原位共沉淀合成、电化学阻抗谱（EIS）分析离子传输动力学，以及CDI系统评估Cs⁺/竞争离子的分离因子。研究采用实际核废水样本，通过热重分析（TGA）和Zeta电位验证材料稳定性。

【Functionalization of graphene with PDDA】
PDDA修饰使石墨烯表面电位从-40 mV转为+35 mV，TGA显示16.7%的PDDA负载量可优化CuHCF分散性。

【Electrochemical performance】
复合电极比容量达189 F g^-1（2 mV s^-1），比纯CuHCF电极提升14%。原位XRD证实Cs⁺在CuHCF晶格中的可逆嵌入/脱嵌机制。

【Deionization selectivity】
在含Sr²⁺/Na⁺的混合溶液中，Cs⁺分离因子达4.8，归因于CuHCF框架对低水合能离子（Cs⁺水合半径3.3 ?）的尺寸筛分效应。

【Conclusion】
该研究通过分子设计解决了PBA材料导电性差与石墨烯易团聚的双重瓶颈。PDDA-G不仅作为导电骨架，其阳离子特性更诱导CuHCF暴露(100)晶面——Cs⁺的最佳吸附位点。CDI测试显示，在1.4 V工作电压下，材料经50次循环后容量保持率达91%，且抗γ辐照性能优异，为核应急废水处理装备开发奠定基础。