Spatially Decoupled Capture-Conversion Architectures for Photocatalytic Uranium Extraction from Dilute Wastewater

化学 废水 光催化 萃取(化学) 化学工程 污水处理 环境化学 无机化学 制浆造纸工业 溶剂萃取
作者
Zhichao Lin,Weijian Xiao,Xiaohang Zong,Daochuan Jiang,Hongzhi Zheng,Miao Yu,Xiaojun Wang,Jia Zhu
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:148 (28): 30102-30111
标识
DOI:10.1021/jacs.6c06683
摘要

Integrating adsorption motifs with photocatalytic units into capture-conversion architectures can, in principle, enhance photocatalytic uranium extraction from dilute wastewater. However, whether their spatial relationship promotes synergy or causes mutual interference remains unclear. Here, we employ a family of isomeric covalent organic frameworks (TpBpy4, TpBpy5, and TpBpy6) as a model platform to program site-overlapped/proximate (TpBpy4 and TpBpy5) and site-decoupled (TpBpy6) relationships between UO 2 2+ adsorption motifs and photocatalytic oxygen reduction sites. The site-decoupled TpBpy6 suppresses mutual interference between UO 2 2+ capture and oxygen reduction, sustaining in situ photocatalytic H 2 O 2 generation and enabling continuous conversion of captured UO 2 2+ into insoluble studtite ((UO 2 )(O 2 )·4H 2 O), whereas TpBpy4 and TpBpy5 suffer from UO 2 2+ -induced suppression of photocatalytic activity that interrupts the capture-conversion cycle. Under low-ppm UO 2 2+ concentrations, TpBpy6 delivers a 1.83-fold higher extraction efficiency than the site-overlapped analogue TpBpy5 and achieves a capacity of 51.7 mg g –1 from actual dilute mining wastewater. This work reveals that overall performance is governed by the interplay between adsorption and photocatalytic sites and establishes a spatial decoupling design principle for minimizing mutual interference while preserving functional synergy in photocatalytic extraction systems for valuable resource recovery from dilute effluents.
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