放射性核素⁹⁹Tc是一种长寿命裂变产物，其半衰期为2.13×10⁵年，具有长期的潜在放射性危害。在核废液中⁹⁹Tc主要以水溶性极强、稳定性极高的⁹⁹TcO₄^-阴离子的形式存在。目前研究最为广泛的核废料储放形式无法有效固定⁹⁹TcO₄^-，因此⁹⁹Tc是核废料中最易泄漏的放射性核素，并且在自然环境中的迁移能力极强，几乎不受阻滞。同时还有多种大量过量的常见阴离子（NO₃^-、Cl^-和SO₄^2-等）与⁹⁹TcO₄^-共存于核废液或放射性水环境中。因此，选择性高效去除⁹⁹TcO₄^-一直是环境放射化学领域中极具挑战的难题。

图1、SCU-102合成的中性含N配体、晶体形貌及晶体结构示意图

阳离子骨架材料被认为是去除环境中放射性阴离子污染物的有效策略之一。新春伊始，我院朱琳博士与苏州大学王殳凹教授团队、浙江大学肖成梁研究员合作在

国际顶尖期刊Angewandte Chemie（《德国应用化学》）上发表研究文章，报道了一例新型三维阳离子骨架材料（命名为SCU-102，SCU = Soochow University），并提出了高选择性分离⁹⁹TcO₄^-材料的设计策略。通过晶体工程策略，采用过渡金属离子Ni²⁺和四齿含氮中性配体自组装合成了阳离子金属有机框架材料（Metal-Organic Frameworks, MOFs）SCU-102（图1）。SCU-102具有一维有序孔道和高度对称的晶体结构，且孔道中含有游离的NO₃^-，可与⁹⁹TcO₄^-进行高效的离子交换。吸附实验结果表明（图2）：SCU-102对⁹⁹TcO₄^-的吸附动力学非常快，10分钟内即可去除溶液中几乎全部的⁹⁹TcO₄^-，远远快于传统的阴离子交换树脂和其它阳离子MOFs材料；对ReO₄^-（⁹⁹TcO₄^-的模拟物，具有相似的物理化学性质）的吸附容量为291 mg/g，高于大部分已报道的纯无机阳离子骨架材料。更重要的是， SCU-102材料是目前报道对⁹⁹TcO₄^-选择性最高的材料。在大量竞争阴离子（如NO₃^-和SO₄^2-）存在的情况下，依然对TcO₄^-具有很好的选择性。另外，在实际受污染的Hanford地下水验证实验中，大量过量的SO₄^2-、CO₃^2-、SiO₃^2-、Cl^-等离子存在的条件下，SCU-102仍可高选择性地完全去除⁹⁹TcO₄^-（分配系数K_d值高达5.6×10⁵ mL/g）。

图2、SCU-102对⁹⁹TcO₄^-的吸附实验结果

图3、SCU-102对⁹⁹TcO₄^-的吸附机制的理论计算

本工作苏州大学盛道鹏实验员、大阳城集团娱乐游戏朱琳特聘教授和苏州大学代星副研究员为共同第一作者，苏州大学王殳凹教授和浙江大学肖成梁研究员为共同通讯作者，大阳城集团娱乐游戏为论文第二署名单位。朱琳博士2018年7月入职大阳城集团娱乐游戏，本工作是她博士期间工作的延续。

（刘芳池编辑）（我院供稿）

文章：Daopeng Sheng^#, Lin Zhu^#, Xing Dai^#, Chao Xu, Peng Li, Carolyn Pearce, Chengliang Xiao*, Jing Chen, Ruhong Zhou, Tao Duan, Omar K. Farha, Zhifang Chai, Shuao Wang*, Successful Decontamination of⁹⁹TcO₄^- in Groundwater at Legacy Nuclear Sites by a Cationic Metal-Organic Framework with Hydrophobic Pockets,Angewandte Chemie International Edition,2019, DOI: 10.1002/anie.201814640