“Ion-imprinting” strategy towards metal sulfide scavenger enables the highly selective capture of radiocesium

印记(心理学) 食腐动物 分子印迹 硫化物 金属 化学 纳米技术 环境化学 材料科学 选择性 催化作用 生物化学 激进的 有机化学 基因
作者
Jun-Hao Tang,Shao-Qing Jia,Jia-Ting Liu,Lu Yang,Haiyan Sun,Mei‐Ling Feng,Xiao‐Ying Huang
出处
期刊:Nature Communications [Springer Nature]
卷期号:15 (1): 4281-4281 被引量:30
标识
DOI:10.1038/s41467-024-48565-x
摘要

Abstract Highly selective capture of radiocesium is an urgent need for environmental radioactive contamination remediation and spent fuel disposal. Herein, a strategy is proposed for construction of “inorganic ion-imprinted adsorbents” with ion recognition-separation capabilities, and a metal sulfide Cs 2.33 Ga 2.33 Sn 1.67 S 8 ·H 2 O (FJSM-CGTS) with “imprinting effect” on Cs + is prepared. We show that the K + activation product of FJSM-CGTS, Cs 0.51 K 1.82 Ga 2.33 Sn 1.67 S 8 ·H 2 O (FJMS-KCGTS), can reach adsorption equilibrium for Cs + within 5 min, with a maximum adsorption capacity of 246.65 mg·g −1 . FJMS-KCGTS overcomes the hindrance of Cs + adsorption by competing ions and realizes highly selective capture of Cs + in complex environments. It shows successful cleanup for actual 137 Cs-liquid-wastes generated during industrial production with removal rates of over 99%. Ion-exchange column filled with FJMS-KCGTS can efficiently treat 540 mL Cs + -containing solutions (31.995 mg·L −1 ) and generates only 0.12 mL of solid waste, which enables waste solution volume reduction. Single-crystal structural analysis and density functional theory calculations are used to visualize the “ion-imprinting” process and confirm that the “imprinting effect” originates from the spatially confined effect of the framework. This work clearly reveals radiocesium capture mechanism and structure-function relationships that could inspire the development of efficient inorganic adsorbents for selective recognition and separation of key radionuclides.
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