超高电荷密度阳离子聚合物网络（CPN）的简易合成及其对放射性核素99TcO4?替代物ReO4?的高效捕获研究

本综述系统阐述了通过简易季铵化策略构建超高电荷密度阳离子聚合物网络（CPN）的创新方法，重点揭示了CPN-33材料对放射性核素替代物ReO4?的超快速（5分钟达平衡）和超高容量（1658 mg g?1）吸附性能，其在强酸/碱、高离子强度及辐射条件下仍保持稳定，为核废料处理提供了突破性解决方案。

　　

Highlight

材料合成与表征

通过N,N,N',N'',N''-五甲基二乙烯三胺（PMDETA）与三种溴甲基苯类化合物的直接季铵化反应，成功构建了三种阳离子聚合物网络（CPN-32、CPN-33、CPN-34）。该无催化剂反应过程简单、产率高（78.7%-97.5%），显著降低了制备成本。表征结果显示，CPN-33具有7.59×10^?3 mol g^?1的理论阳离子含量，其超高电荷密度为ReO₄^?吸附提供了丰富位点。

吸附性能研究

批次吸附实验表明，CPN-33可在5分钟内达到吸附平衡，对ReO_{4^?的吸附容量高达1658 mg g^?1，远超多数已报道吸附剂。其在强酸/碱（pH 2-12）、高离子强度（NO3^?/SO4^2?）及辐射条件（200 kGy）下均保持稳定吸附性能，甚至在模拟汉福德低放废液和萨凡纳河高放废液体系中仍能有效去除ReO4^?。动态柱吸附实验证明，CPN-33可处理2200柱体积的低浓度ReO4^?溶液（5 mg L^?1），展现卓越的实际应用潜力。}

吸附机制分析

通过表征技术与密度泛函理论（DFT）计算，揭示了CPN-33中密集的季铵盐位点与ReO₄^?之间的强静电作用为主导吸附机制。该研究为设计高性能放射性核素吸附剂提供了结构-功能关系的重要理论依据。

结论

本研究通过简易策略成功构建了超高电荷密度阳离子聚合物网络CPN-33，其在复杂环境中对ReO₄^?（⁹⁹TcO₄^?替代物）展现出卓越的吸附性能与稳定性，为核废料处理提供了兼具高效性、经济性与环境适应性的新型材料解决方案。