Selektiv indfangning af ioner fra spildevand med lagdelt metalsulfid

Det er vigtigt at udvikle kemisk selektive rensemidler for ioner såsom Ba ₂ ⁺ , Ni ₂ ⁺ , og Co ₂ ⁺ fra komplekst spildevand til miljøsanering og menneskers sundhed. De nuværende naturlige og syntetiske absorberende materialer, imidlertid, deler problemerne med lav kapacitet og dårlig selektivitet. I særdeleshed, selektiv fjernelse og separation af radionuklider fra industrielt nukleart affald med høje saltkoncentrationer er en udfordring.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Materialernes kemi ., Prof. FENG Meiling fra Fujian Institute of Research on the Structure of Matter af det kinesiske videnskabsakademi, samarbejder med prof. Mercouri G. Kanatzidis fra Northwestern University, OS., rapporterede den effektive og selektive indfangning af Ba ₂ ⁺ , Ni ₂ ⁺ , og Co ₂ ⁺ med et syre- og strålingsbestandigt lagdelt metalsulfid [Me ₂ NH ₂ ] _4/3 [Mig ₃ NH] _2/3 Sn ₃ S ₇ · ^1,25 H ₂ O (FJSM-SnS).

133Ba, som et af biprodukterne af atombrændselsspaltninger, udsender γ-stråle med energien 356 keV. Ba ₂ ⁺ anvendes også som simulator for stærkt radiotoksisk 226Ra ₂ ⁺ på grund af deres sammenlignelige ioniske radier og lignende adsorptionsadfærd. ⁶⁰ Co isotop og ⁶³ Ni udsender stærk γ og ren β-stråling, henholdsvis, begge kan afledes fra neutronaktivering af reaktormaterialer. Ikke-radioaktivt barium, nikkel- og koboltioner er skadelige for økosystemet og menneskers sundhed.

Fordelene ved FJSM-SnS omfatter hurtig kinetik, stærk udvekslingskapacitet, høj selektivitet og genvindingsrater, fremragende syre- og alkaliresistens og effektiv eluering.

FJSM-SnS udviser en hurtigere adsorptionsevne med korte ligevægtstider, hvilket er inden for fem minutter. Det har høj adsorptionskapacitet (289 mg/g for Ba, 83 mg/g for Ni, 52 mg/g for Co). Det viser ekstrem høj selektivitet for Ba ₂ ⁺ selv i nærværelse af overskydende Na ⁺ , K ⁺ , Cs ⁺ , Ca ₂ ⁺ , Mg ₂ ⁺ og Sr ₂ ⁺ . Det præsenterer også enestående selektiviteter for Ni ₂ ⁺ og Co ₂ ⁺ (KdNi =8,92 × 10 ⁴ ml/g; KdCo =3,75 × 10 ⁵ mL/g), som overgår de fleste af de rapporterede.

Udover, FJSM-SnS bevarer sin robuste ramme i et bredt pH-område på 0,6-12,7.

I øvrigt, det fangede barium, nikkel, og kobolt i de udvekslede produkter kan let genvindes ved at eluere dem med 0,5 M KCl-opløsning, som fremhæver genanvendelse af ressource. Inddrivelsesprocenterne kan opretholdes 99,74, 99,30, og 99,65% af Ba ₂ ⁺ , Ni ₂ ⁺ , og Co ₂ ⁺ efter behandling af 1100 lejevolumener i lav koncentration (Ba ₂ ⁺ , Ni ₂ ⁺ , og Co ₂ ⁺ :704,9 ~ 928,6 μg/L), henholdsvis.

Disse fordele, kombineret med den lette syntese og fremragende modstand β og γ bestråling gør FJSM-SnS en lovende kandidat som den radioaktive Ba ₂ ⁺ , Ni ₂ ⁺ , og Co ₂ ⁺ ionbytter fra nukleare affaldsopløsninger.

Denne undersøgelse understreger metalsulfiders enorme potentiale som nye og billige materialer til højeffektiv og meget selektiv optagelse af 133Ba, 63Ni, og 60Co og deres ikke-radioaktive isotoper, samt 226Ra fra komplekst spildevand.