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  核能，因其能量效率高、常規(guī)運(yùn)作成本相對(duì)低廉且無煤炭消耗和空氣污染、環(huán)境相對(duì)清潔，近幾十年來得到了迅猛發(fā)展，逐步成為替代石化燃料的一種非常重要的能源來源，在區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展中發(fā)揮著重要作用。然而，核電站運(yùn)行過程中產(chǎn)生的核廢料以及核事故如福島事件等帶來的輻射污染，特別是主要裂變產(chǎn)物放射性銫離子（Cs-137）,對(duì)于土壤和水環(huán)境的污染時(shí)刻威脅著人類生命健康。目前對(duì)于核污染環(huán)境的治理仍然缺乏行之有效且可以規(guī)�；姆椒āＭ瑫r(shí)，多數(shù)吸附劑對(duì)于Cs⁺的吸附容量和吸附選擇性均較低。普魯士藍(lán)類化合物如亞鐵氰化銅鉀（KCuHCF）雖然對(duì)Cs⁺具有較高的吸附容量和選擇性，但是因?yàn)轭w粒尺寸過小，容易造成二次污染，所以應(yīng)用受限。

  針對(duì)核事故造成的地表土壤污染面積大、難以規(guī)�；幚淼葐栴}，章華桂團(tuán)隊(duì)在前期工作中開發(fā)了一種可以規(guī)�；幚淼男滦偷闹卫矸椒�，浮選法，即利用氣泡將高污染的顆粒從大量“干凈”的顆粒中有效地分離出來，回收率高達(dá)80%，從而縮小核廢料容量以便進(jìn)一步集中后處理（Chem. Eng. J 2019，355，797）。同時(shí)，也通過有機(jī)改性蒙脫土并以其為載體原位增長(zhǎng)亞鐵氰化銅鉀（KCuHCF）納米顆粒，制備一種具有一定疏水性的復(fù)合吸附劑，在其高效選擇性吸附Cs⁺的同時(shí)能夠利用浮選法進(jìn)行有效回收，實(shí)現(xiàn)核廢水的快速凈化（J Mater. Chem. A 2017，5，15130）。

  具有三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的水凝膠是負(fù)載KCuHCF納米顆粒的非常好的載體，能夠充分發(fā)揮KC u HCF的吸附性能，但是多數(shù)水凝膠都是通過共價(jià)鍵交聯(lián)形成的有機(jī)聚合物，抗輻射能力較差。在本文中，章華桂團(tuán)隊(duì)受貽貝足絲分泌的粘附蛋白所啟發(fā)，通過多巴胺的自聚合在蒙脫土（MMT）納米片層表面形成一層富含兒茶酚和氨基等多官能團(tuán)結(jié)構(gòu)的聚多巴胺涂層，并利用聚多巴胺與銅離子（Cu²⁺）絡(luò)合作用，一方面與亞鐵氰化鉀反應(yīng)在MMT納米片層表面原位增長(zhǎng)KCuHCF納米顆粒，另一方面在過量Cu²⁺絡(luò)合作用下實(shí)現(xiàn)MMT納米片層的自組裝形成三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的無機(jī)-有機(jī)復(fù)合水凝膠，如圖1所示。其中，有機(jī)物所占比例非常小，僅~0.82 wt%，有利于輻射環(huán)境下的使用。 

圖1 蒙脫土基KCuHCF復(fù)合水凝膠吸附劑的制備及其機(jī)理示意圖

  該復(fù)合水凝膠(圖2ab)的自組裝機(jī)理被證明是以Cu²⁺和聚多巴胺上的氨基之間的絡(luò)合作用為主(圖2cd)。同時(shí)，由該絡(luò)合作用構(gòu)成的交聯(lián)結(jié)構(gòu)具有一定的可逆性，在復(fù)合水凝膠遭到強(qiáng)大的應(yīng)力破壞后能夠瞬間愈合(圖2e)，因此在操作和使用過程中可以根據(jù)需要進(jìn)行變形并保持完整性和堅(jiān)固性，具有較強(qiáng)的使用性能。

圖2 a-b)蒙脫土基KCuHCF復(fù)合水凝膠的SEM和EDX圖；c-d)N1s和Cu 2p的XPS譜圖；e）0.1%和1000%的不同階段應(yīng)變行為 

  復(fù)合水凝膠的Cs⁺吸附容量高達(dá)173 mg/g，對(duì)海水中0.2 ppm的Cs⁺具有較高的選擇吸附性，分配系數(shù)達(dá)9.78×10⁴mL/g，且在較寬的pH范圍內(nèi)（2-12）保持優(yōu)良的吸附行為（圖3a-c）。另外，將水凝膠涂覆在過濾膜并利用其凈化含銫廢水，對(duì)Cs⁺的脫除效果顯著（圖3d）。因此，該研究所制備的復(fù)合水凝膠具有在輻射環(huán)境下有效凈化含銫廢水的應(yīng)用潛力。

圖3 a)蒙脫土基KCuHCF復(fù)合水凝膠的Cs⁺吸附曲線；b) 復(fù)合水凝膠在海水環(huán)境中的Cs⁺吸附分配系數(shù)；c) 復(fù)合水凝膠DHG(Cu) 的Cs⁺吸附行為的pH依賴性；d) 復(fù)合水凝膠DHG(Cu)在過濾柱中對(duì)含Cs⁺廢水的凈化行為

  該研究成果近日發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces, 2020, ASAP上。論文的第一作者兼通訊作者為福建師范大學(xué)化學(xué)與材料學(xué)院章華桂研究員，共同通訊作者為英國(guó)利茲大學(xué)David Harbottle教授，另一合作研究團(tuán)隊(duì)為韓國(guó)KAIST的Jae W. Lee教授課題組。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1021/acsami.0c06598