层状金属硫化物选择性捕获废水中的离子

 
对于环境修复和人类健康而言，为复杂的废水开发诸如Ba2 +，Ni2 +和Co2 +等离子的化学选择性清除剂非常重要。然而，当前的天然和合成吸收材料具有容量低和选择性差的问题。特别是从具有高盐浓度的工业核废料中选择性去除和分离放射性核素是一个挑战。
在最近发表在《材料化学》上的一项研究中，中国科学院福建物质结构研究所的冯美玲教授与美国西北大学的Mercouri G. Kanatzidis教授合作，报告了高效且有效的方法。用耐酸性和耐辐射性的层状金属硫化物[Me2NH2] 4/3 [Me3NH] 2 / 3Sn3S7·1.25H2O(FJSM-SnS)选择性捕获Ba2 +，Ni2 +和Co2 +。
133Ba作为核燃料裂变的副产物之一，以356 keV的能量发射γ射线。由于Ba2 +具有可比的离子半径和相似的吸附行为，因此也被用作高放射性226Ra2 +的模拟物。 60Co同位素和63Ni分别发射强γ和纯β辐射，它们都可以从反应堆材料的中子活化获得。非放射性钡，镍和钴离子对生态系统和人类健康有害。
FJSM-SnS的优势包括动力学快速，交换能力强，选择性和回收率高，优异的耐酸和耐碱性以及高效洗脱。
FJSM-SnS在五分钟内以较短的平衡时间表现出更快的吸附能力。它具有高吸附能力(Ba 289 mg / g，Ni 83 mg / g，Co 52 mg / g)。即使在过量的Na +，K +，Cs +，Ca2 +，Mg2 +和Sr2 +的存在下，Ba2 +的选择性也极高。它还具有出色的Ni2 +和Co2 +选择性(KdNi = 8.92×104 mL / g; KdCo = 3.75×105 mL / g)，超过了大多数报道的选择性。
此外，FJSM-SnS在0.6-12.7的宽pH范围内仍保留其强大的框架。
而且，交换产物中捕获的钡，镍和钴可通过用0.5 M KCl溶液洗脱而轻松回收，这突出了资源的回收利用。在低浓度下处理1100床体积(Ba2 +，Ni2 +和Co2 +：704.9〜928.6μg/ L)后，Ba2 +，Ni2 +和Co2 +的回收率可分别维持在99.74、99.30和99.65%。
这些优点，加上易于合成以及出色的抗β和γ辐射性能，使得FJSM-SnS有望成为核废料溶液中的放射性Ba2 +，Ni2 +和Co2 +离子交换剂。
这项研究强调了金属硫化物作为新型低成本材料的巨大潜力，可以高效，高选择性地从复杂废水中吸收133Ba，63Ni和60Co及其非放射性同位素以及226Ra。