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    苏州大学环境放射化学研究团队取得系列重要进展

    日期 2017-06-14   来源:化学科学部   作者:王春霞 陈拥军  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(项目编号:21422704,91326112)等资助下,苏州大学王殳凹教授研究团队在环境放射化学领域取得系列进展。相关研究成果以“Rare Earth Separations by Selective Borate Crystallization”(选择性硼酸盐结晶用于分离三价镧系锕系元素)和“Overcoming the Crystallization and Designability Issues in the Ultrastable Zirconium Phosphonate Framework System”(克服高稳定性膦酸锆固相萃取材料的结晶和设计瓶颈)为题分别于2017年3月14日和2017年5月30日在线发表在Nature Communications上,论文链接分别为http://www.nature.com/articles/ncomms14438和https://www.nature.com/articles/ncomms15369。

      核电作为替代传统化石能源的重要选项,不仅可为我国提供稳定的能源供给,还会在一定程度上缓解现阶段的环境污染。根据国家发改委、国家能源局发布的《中国电力发展“十三五”规划》,2020年我国核电装机容量将达到58 GW,在建核电站数量为全世界第一,这使得我国将超过法国成为仅次于美国的第二大核电国家;2026年,装机容量将进一步提高到150 GW,届时我国有望成为世界上核电装机容量最大的国家;第三阶段至2050年装机容量有望达到400 GW,将超过现阶段全世界所有国家核电装机容量的总和。在如此快速的发展态势下,与核能发展密切相关的乏燃料后处理与核废物处置将面临空前巨大的挑战,同时也将成为影响我国核能可持续发展的关键因素之一。

      研究成果在一定程度上改变了人们对三价镧系锕系元素固体化学行为同一性的基本认识,初步衍生出了基于绿色选择性结晶分离理念的稀土分离及镧锕分离,有望改善我国乏燃料后处理关键流程工艺;他们首次合成并解析出在强酸溶液中能够稳定存在的膦酸锆基金属有机骨架材料的晶体结构,并将其应用于在高酸度条件下选择性吸附铀酰离子,为乏燃料后处理中的核素分离及环境中放射性核素污染防治开辟了新路径。

      该研究团队还发现铀金属有机骨架材料可以作为高灵敏度传感器用于准确探测低剂量电离辐射,成功开辟了贫铀的又一新应用,推动了辐射探测技术的发展,研究成果以“Highly Sensitive Detection of Ionizing Radiations by a Photoluminescent Uranyl Organic Framework”(铀金属有机框架用于高灵敏度探测电离辐射剂量)为题于2017年5月19日在线发表在Angewandte Chemie International Edition上。论文链接:http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201700919/full。

      王殳凹研究团队还突破了传统阴离子交换材料针对乏燃料中高锝酸根阴离子分离效率和选择性不足的瓶颈,发展了一大类新型阳离子金属有机框架材料用于高锝酸根的快速、高选择性去除以及高效固定,有望解决核废料中锝的泄漏问题,研究成果以“Efficient and Selective Uptake of TcO4‒ by a Cationic Metal-Organic Framework Material with Open Ag+ Sites”(一种能够高效高选择性去除高锝酸根放射性阴离子的含开放性银离子位点的阳离子金属有机框架)和“Exceptional Perrhenate/Pertechnetate Uptake and Subsequent Immobilization by a Low-Dimensional Cationic Coordination Polymer: Overcoming the Hofmeister Bias Selectivity”(一种能够高效去除并固定高锝酸根放射性阴离子的低维配位聚合物) 为题分别于2017年2月17日和2017年3月31日在线发表在Environ. Sci. Technol.上,论文链接http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.7b00339和http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.estlett.7b00165。

      此外,该研究团队还发展了几类新型固体材料用于阻滞核废料中高毒性放射性核素在环境中的迁移以及在天然水体环境中的准确探测,相关研究成果以“Uptake Mechanisms of Eu(III) on Hydroxyapatite: A Potential Permeable Reactive Barrier Backfill Material for Trapping Trivalent Minor Actinides”(一种可用于阻滞三价锕系离子在环境中迁移的羟基磷灰石回填材料)和“Highly Sensitive and Selective Uranium Detection in Natural Water Systems Using a Luminescent Mesoporous Metal-Organic Framework Equipped with Abundant Lewis Basic Sites: A Combined Batch, X-ray Absorption Spectroscopy, and First Principle Simulation Investigation”(一种含丰富配位节点的发光介孔金属有机框架用于高灵敏度高选择性探测自然水体环境中铀酰离子)为题分别于2016年3月10日和2017年3月8日在线发表在Environ. Sci. Technol.上。论文链接分别为:http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.5b05932和http://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.est.6b06305。这些系列成果不仅有可能应用于改善我国核燃料循环流程及乏燃料后处理能力,而且并有望提高我国放射性污染防治水平以及核应急能力,在一定程度上提升了我国在该领域的国际影响力。




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