构建基于超极化含氧酸盐的新颖晶体骨架材料实现锝99、硒79、碘129、铯135的选择性分离

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21876182
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0608.放射化学与辐射化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

A multitude of nuclear-fission relevant isotopes are present in used nuclear fuel and generated from nuclear fuel reprocessing. Among these isotopes 99Tc, 79Se, 129I, and 135Cs are particularly important because they are highly mobile in the environment due to their high solubility in the form of oxo-anions or cations. They are more environmentally persistent compared to some other radionuclides as they hold much longer half time of decay. Consequently, it is critical to develop materials with high efficiency, stability, and selectivity, to remove these radionuclides from contaminated water. We will undertake studies of synthesizing ion-exchangeable materials building from oxyanions with high hyperpolarizabilities. The reason why hyperpolarizable oxyanions are chosen is that these ligands can adopt multiple geometries and polymerize to form complicate structure, making them attractive candidates for synthesizing open-frameworks or layered topologies. One of the strategies of selective ion-exchange is based on the pore size or layer distance of ion-exchange materials, which can be fine-tuned by the ionic radii of the counterions. Selecting counterions with same charges as and similar coordination geometries to the target radionuclides enables selective absorption from competitive ions. By combining techniques of single crystal X-ray diffraction and X-ray absorption fine structure spectroscopy, the mechanisms of absorption or ion-exchange could be elucidated at molecular level, which would shed light on the improvement of materials with better performance in efficiency, stability, and selectivity.
我国核能产业高速发展的同时也伴随着放射性核素导致的环境污染风险。半衰期长的第二类裂变产物锝-99、硒-79、碘-129、铯-135,极容易溶解于水体,造成环境近乎永久性的放射性污染。因此迫切需要高效、稳定、有选择性的吸附材料,分离固化上述核素。本项目拟利用超极化无机含氧酸根配体结构多样和易聚合形成复杂拓扑结构的特点,设计合成具有微孔框架结构和层状结构的无机晶体材料,以离子交换的方式选择性分离上述放射性核素。通过微调参与电荷平衡离子的半径来调控晶体骨架材料孔径/层间的物理尺寸,以及通过筛选平衡离子的电荷数及拓扑结构,达到以物理尺寸和结构匹配为主导作用的选择性吸附效果。本项目结合X射线单晶衍射和X射线吸收精细结构谱技术,对新颖晶体骨架材料的吸附机理从分子层面进行深入研究,进而通过调控晶格材料的基本单元、合成方法实现材料的拓扑结构、功能的优化,在特异性、吸附效果、实用性等方面寻求改进和突破。

结项摘要

我国核工业高速发展,但是裂变产物导致的环境放射性污染风险也与日俱增。半衰期长的第二类裂变产物锝99、碘129等核素极易在环境中迁移,造成环境的近乎永久性的放射性污染。因此开发高效的裂变产物吸附材料对于环境放射性污染防治具有重要的意义。本课题开发了一系列具有高化学稳定性和耐辐照的无机含氧酸根晶格材料和金属有机框架材料,用于锝、碘等裂变产物的高效、选择性吸附。基于无机含氧酸根晶格体系,研究了酸度、抗衡离子对无机含氧酸盐材料结构维度、骨架电荷以及金属离子团簇聚合度的影响。在此基础上,进一步开发了一系列钍基金属有机框架材料,利用容易获得高质量钍基MOFs单晶的特性和钍离子配位结构的多样、特殊性,系统研究了MOFs孔隙率、孔径尺寸、比表面积、取代基团及结构穿插和放射性核素吸附性能之间的构效关系。此外,利用X射线单晶衍射和X射线吸收谱等技术,对放射性核素的吸附机理从分子层面进行了阐释。本项目还进一步研究了簇基晶格材料结构和化学、辐照稳定性之间的构效关系,获得了多例具有较高化学稳定性和耐高剂量辐照性能的簇基晶格材料。本项目共发表了SCI论文30篇,培养了研究生10名,同时极大提高了项目参与人员的科研素养和学术水平。在本项目的支持下开发的放射性核素吸附材料在乏燃料后处理和放射性核素污染应急处置领域具有较好的应用前景。开展的放射性核素吸附分离构效关系研究为后续进一步研发具有更优吸附材料提供了理论依据

项目成果

期刊论文数量(30)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Visible colorimetric dosimetry of UV and ionizing radiations by a dual-module photochromic nanocluster.
双模块光致变色纳米簇对紫外线和电离辐射的可见比色剂量测定
  • DOI:
    10.1038/s41467-021-23190-0
  • 发表时间:
    2021-05-14
  • 期刊:
    Nature communications
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Lu H;Xie J;Wang XY;Wang Y;Li ZJ;Diefenbach K;Pan QJ;Qian Y;Wang JQ;Wang S;Lin J
  • 通讯作者:
    Lin J
A cationic thorium-organic framework with triple single-crystal-to-single-crystal transformation peculiarities for ultrasensitive anion recognition.
具有三重单晶到单晶转变特性的阳离子钍有机骨架,用于超灵敏阴离子识别
  • DOI:
    10.1039/d1sc03709a
  • 发表时间:
    2021-12-15
  • 期刊:
    Chemical science
  • 影响因子:
    8.4
  • 作者:
    Li ZJ;Lei M;Bao H;Ju Y;Lu H;Li Y;Zhang ZH;Guo X;Qian Y;He MY;Wang JQ;Liu W;Lin J
  • 通讯作者:
    Lin J
Interpenetration Control in Thorium Metal-Organic Frameworks: Structural Complexity toward Iodine Adsorption
钍金属有机框架的互穿控制:碘吸附的结构复杂性
  • DOI:
    10.1021/acs.inorgchem.0c03586
  • 发表时间:
    2021-03-19
  • 期刊:
    INORGANIC CHEMISTRY
  • 影响因子:
    4.6
  • 作者:
    Ju, Yu;Li, Zi-Jian;He, Ming-Yang
  • 通讯作者:
    He, Ming-Yang
A robust thorium-organic framework as a bifunctional platform for iodine adsorption and Cr(VI) sensitization
坚固的钍有机框架作为碘吸附和 Cr(VI) 敏化的双功能平台
  • DOI:
    10.1039/d2dt03623a
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
    Dalton Transactions
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Yiran Fu;Xue Wang;Yu Ju;Zhaofa Zheng;Jie Jian;Chan Jin;Jian-Qiang Wang;Jian Lin
  • 通讯作者:
    Jian Lin
Unexpected structural complexity of thorium coordination polymers and polyoxo cluster built from simple formate ligands
由简单甲酸盐配体构建的钍配位聚合物和多氧簇的意外结构复杂性
  • DOI:
    10.1039/c9qi01263j
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Inorganic Chemistry Frontiers
  • 影响因子:
    7
  • 作者:
    Zi-Jian Li;Shangyao Guo;Huangjie Lu;Yongjia Xu;Zenghui Yue;Linhong Weng;Xiaofeng Guo;Jian Lin;Jianqiang Wang
  • 通讯作者:
    Jianqiang Wang

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  • 通讯作者:
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林健的其他基金

钍基金属有机框架材料的调制诱导合成及在放射性碘吸附分离中构效关系的研究
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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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