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瞿金平院士华科大团队牛冉研究员《J. Hazard. Mater.》:基于金属有机框架的水凝胶微纳马达用于铀检测和去除
2024-02-14  来源:高分子科技

  随着全球经济的快速发展,人类对能源的要求日益增长,核能以其不存在有毒气体排放、经济效益高的优点,被视作最具希望的未来能源之一。然而,核能生产路线中放射性废物的意外释放会对环境产生不良影响,甚至危害人类健康。铀是目前最重要的核燃料,为了避免水体中的铀含量过高而对人体健康的威胁,铀的去除和检测至关重要。在众多吸附剂中,聚合物基吸附材料因其含有丰富的可与铀酰离子配位的官能团而备受关注,但其缓慢的吸附过程和较低的吸附效率限制了它们的实际应用。此外,目前铀检测主要依靠复杂且昂贵的仪器因此,开发一种方便、经济且高效的铀吸附剂来检测和去除水体中的放射性铀元素是必要的。


  近年来微纳材料伴随着微纳技术的兴起而迅速发展,微纳马达(micro/nanomotorMNMs)便是众多微纳材料中的一种,它是指尺寸在微米或者纳米级别,可以将其他形式的能量转化为动能,并具备特殊功能或能执行微观体系任务的器件。近年来,微纳马达在环境修复方面的应用引起了极大的关注,但其在铀吸附/检测方面的研究并不多见,设计一种用于检测和去除的双功能MNMs仍然具有挑战性。


  近日,华中科技大学化学与化工学院瞿金平院士/牛冉研究员团队在《Journal of Hazardous Materials》杂志在线发表了题为“Dual-functional metal-organic frameworks-based hydrogel micromotor for uranium detection and removal”的研究文章。他们通过反向乳液聚合法设计了一种基于聚(丙烯酸-丙烯酰胺)@Fe3O4@ZIF-8PFZ)的双功能MNMs由于快速铀检测和去除聚(丙烯酸-丙烯酰胺)中的羧基、酰胺官能团可结合铀酰离子,实现铀吸附;磁性Fe3O4纳米粒子赋予材料磁回收和驱动性能,并在外磁场下形成不同结构的集群;聚(丙烯酸-丙烯酰胺)中的富电子官能团ZIF-8间的电子转移增强了微马达的荧光性能,使其具有低检测限(~250 ppb);微马达的自主运动打破被动扩散,使其与铀酰离子充分接触,提高检测和去除效率。这项工作水体中放射性铀元素的检测和去除提供了一种新策略。

 

1 反向乳液法制备磁性球状PFZ微马达

 

2 PFZ微马达在xz/xy旋转磁场下的磁驱性能

 

3 PFZ微马达的铀吸附性能

 

4 PFZ微马达的铀吸附机理

 

5 用于循环铀吸附的微型装置

 

6 PFZ马达的铀检测性能


  论文第一作者为华中科技大学化学与化工学院2022级硕士研究生张心乐,论文通讯作者为华中科技大学化学与化工学院牛冉研究员,论文作者还包括华中科技大学瞿金平院士龚江教授。该研究得到国家自然科学基金的资助。


  全文链接:https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.133654


作者简介:


  牛冉,华中科技大学化学与化工学院研究员博士生导师、国家重点研发计划青年项目首席科学家,主要研究领域为能量转化功能高分子材料及微纳米机器人。目前以第一或通讯作者身份PRLPNASSci. Adv.ACS NanoAdv. Sci., SmallChem. Eng. J.J. Mater. Chem. AEnergy Environ. Mater.ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文70篇,获授权专利5项,申请专利7项。主持承担国家自然科学基金、重点研发计划青年科学家项目、重点研发计划子课题等国家和省部级科技项目多项,并获得湖北省海外高层次人才计划、武汉英才等多项荣誉奖励担任Rare Metals期刊 (中科院1区,影响因子6.3) ExplorationEnergy Materials期刊青年编委
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