离子液体修饰MOF-808复合材料高效捕获放射性碘的机制研究及环境应用

为解决核废料中放射性碘(I2)的环境风险问题，南京理工大学团队开发了[C2mim][Tf2N]离子液体修饰的MOF-808复合材料（IL@MOF）。该材料通过协同孔隙结构和杂原子吸附位点，实现2.61 g/g的碘吸附容量，较原始材料提升1.75倍，并在高湿环境中保持稳定。研究通过DFT理论揭示了I3-形成机制，为核废料处理提供了新型功能材料设计思路。

　　

随着全球核能应用的扩展，放射性碘(I₂)的治理成为环境安全领域的重大挑战。这种半衰期长达157万年的同位素不仅会通过大气循环扩散，更易在人体甲状腺富集，引发癌症风险。传统吸附材料如活性炭和沸石存在容量低、易解吸的缺陷，而银基材料又面临成本过高的问题。在此背景下，南京理工大学环境与生物工程学院的研究人员创新性地将离子液体(IL)与金属有机框架(MOF)结合，开发出性能卓越的碘吸附材料，相关成果发表于《Journal of Environmental Management》。

研究采用原位浸渍法将疏水性离子液体[C₂mim][Tf₂N]负载于MOF-808孔隙中。通过FTIR、XPS等表征手段确认材料结构，结合动态吸附实验评估性能，并运用密度泛函理论(DFT)解析作用机制。

结构表征
傅里叶变换红外光谱(FTIR)在1169 cm^-1处出现C-F键特征峰，X射线光电子能谱(XPS)显示N 1s轨道结合能偏移1.08 eV，证实IL成功锚定。比表面积测试表明15-IL@MOF保留762 m²/g的孔隙结构，为碘扩散提供通道。

吸附性能
最优材料15-IL@MOF在25°C下实现2.61 g/g吸附量，较纯MOF-808提升175%。湿度实验显示，疏水改性使材料在85%RH环境下仍保持92%的初始效率。动力学分析符合准二级模型，表明化学吸附主导过程。

作用机制
拉曼光谱证实吸附产物中I₃^-占比达85%，源于IL中杂原子(N,O,S,F)与I₂的电荷转移。DFT计算揭示[C₂mim]⁺阳离子的咪唑环与[Tf₂N]^-阴离子协同作用，形成-56.8 kJ/mol的高吸附能位点。

该研究开创性地构建了"孔隙储存-位点固定"双功能材料体系，不仅为解决核废料处理难题提供新方案，其提出的杂原子配位机制更为设计其他气态污染物吸附材料提供了理论范式。特别值得注意的是，材料在模拟工业环境下的稳定性表现，使其具备实际应用潜力，对保障核能可持续发展具有重要战略意义。