利用共价有机框架膜从海水中选择性回收铀酰离子

《Small》：Selective Recovery of Uranyl Ions From Sea Water Using Covalent Organic Framework Membranes

　　

摘要

从水环境中选择性回收铀酰离子对于铀资源利用和环境修复均具有重要意义。然而，在不牺牲水渗透性的前提下，在膜分离中实现高离子选择性仍然是一个重大挑战。在此，我们采用分子动力学模拟来阐明如何对共价有机框架（COF）膜进行工程设计，以实现选择性铀酰排斥。滑移构型的 TpPa-1 和 TpPa-F4 膜对 UO?2?表现出完全排斥，同时允许竞争离子通过，而 TpBpy 和 Tp-Azo 仅表现出部分排斥。TpPa-1 和 TpPa-F4 均抑制了其他二价离子（如 Ca2?和 Mg2?）的传输，表明其对多价物种具有更广泛的选择性。自由能计算表明，这种选择性源于双层孔道环境施加的 3.6 kcal·mol?1能量势垒，该势垒选择性阻碍 UO?2?离子的传输，而不影响水或单价离子的传输。该机制在多层 TpPa-1 膜中依然有效，证明了其随厚度增加而保持的稳健性。综上所述，这些发现确立了 COF 膜中清晰的结构 - 传输关系，并将滑移构型架构定位为铀资源回收及缓解水环境中铀污染的可行途径。

利益冲突

无利益冲突需申报。