Stable and High-Flux Polyacrylonitrile/Hafnium Phosphonate Nanofibrous Membranes for Efficient Removal of Actinides from Strong Acidic Solutions

聚丙烯腈 膦酸盐 锕系元素 焊剂(冶金) 静电纺丝 化学 核化学 化学工程 无机化学 放射化学 材料科学 有机化学 聚合物 工程类 生物化学
作者
Liangping Xiong,Kai Lyu,Yiyang Zeng,Chu‐Ting Yang,Fangting Chi,Sheng Hu,Xinggui Long
出处
期刊:Social Science Research Network [Social Science Electronic Publishing]
标识
DOI:10.2139/ssrn.4271212
摘要

Tetravalent metal (e.g., Zr4+, Hf4+) phosphonate frameworks featuring remarkable chemical and radiolytic stabilities have been newly utilized as high-performing adsorbents for actinide in harsh solutions. Nevertheless, the practical applications have been impeded by the as-synthesized powder form that is not compatible with continuous actinide recovery or removal. Herein, we incorporate hafnium phosphonate (HfP) fine powder into polyacrylonitrile (PAN) via a simple and economical electrospinning technique, engendering a hydrophilic nanofibrous membrane with first-rank permeate flux for the potential treatment of a large volume of actinide-containing wastewater. This composite membrane can capture more than 90% Th(IV) at ppm level and 95% Pu(IV) and 90% Np(V) at tracer amount level in strong acidic solutions, which retains the excellent adsorption efficacy of HfP powder. Besides, it has a breakthrough volume larger than 880 mL for Th(IV) and 760 mL for U(VI) at the ppb level under a high permeate flux of 785±11.2 L·m -2 ·h -1, representing one of the top nanofibrous membranes for the dynamic removal of actinides. This work will pave an avenue for fabricating highly efficient and stable adsorptive membranes, which are promising candidates for capturing actinides from large-volume of acidic nuclear wastewater.

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