DOI: 10.1016/j.jece.2023.109619

四价金属（例如，Zr⁴⁺，Hf⁴⁺）膦酸酯框架具有显著的化学和辐解稳定性，可用作苛刻溶液中锕系元素的高效吸附剂。然而，由于合成的粉末形式不适合连续的锕系元素回收或去除，其实际应用受到了阻碍。在此，本研究通过一种简单而经济的电纺丝技术将膦酸铪（HfP）细粉掺入聚丙烯腈（PAN）中，生成了一种稳定的亲水性纳米纤维膜，该膜具有优异的渗透通量，可用于大规模处理含锕系元素的废水。这种复合膜可以在强酸性溶液中捕获超过90%的Th（IV）（ppm）以及95%的Pu（V）和90%的Np（V）（示踪量），保持了HfP粉末的优异吸附效果。此外，在785±11.2L·m^-2·h^-1的高渗透通量下，Th（IV）的穿透体积大于880mL，U（VI）的穿透体积大于760mL（ppb），意味着这是一种动态去除锕系元素的顶级纳米纤维膜。总之，这项工作为制备高效、稳定的吸附膜铺平了道路，合成的纤维膜是从大量酸性核废水中捕获锕系元素的有前景的候选材料。

图1.（a）PAN、（b）PAN/HfP-10、（c）PAN/HfP-20和（d）PAN/HfP-30 NFMs的SEM图像和相应的纤维直径分布

图2.PAN、HfP和PAN/HfP NFMs的ATR-FTIR光谱

图3.（a）PAN和PAN/HfP NFMs的N₂吸附-解吸等温线以及（b）BET表面积和平均孔径

图4.（a）PAN、（b）PAN/HfP-10、（c）PAN/HfP-20和（d）PAN/HfP-30 NFMs的AFM图像

图5.（a）PAN、（b）PAN/HfP-10、（c）PAN/HfP-20和（d）PAN/HfP-30 NFMs表面上的水滴渗透过程截图

图6.PAN/HfP NFMs中HfP含量对Th（IV）和U（VI）吸附的影响：（a）相同固液比，m（NFM）/V=4mg/mL和（b）相同剂量HfP，m（HfP）/V=0.6mg/mL。0.1mol/L HNO₃中Th（IV）和U（VI）的初始浓度分别为19.96ppm和19.88ppm

图7.PAN/HfP NFMs在混合阳离子溶液中的竞争吸附结果，以（a）萃取百分比、（b）分配系数Kd、（c）SFTh/M和（d）SFU/M表示。在0.1mol/L HNO3中，每种阳离子的初始浓度约为12ppm，m（HfP）/V=1mg/mL，而PAN NFM的剂量与PAN/HfP-10 NFM相同

图8.HNO₃浓度对PAN/HfP-20 NFM在单种阳离子溶液中吸附Th（IV）和U（VI）的影响。Th（IV）和U（VI）的初始浓度约为10ppm，m（NFM）/V=3mg/mL

图9.就（a）吸附效率和（b）分配系数而言，PAN/HfP NFMs中HfP含量对示踪物Pu（IV）和Np（V）吸附的影响。m（NFM）/V=3mg/mL，4mol/L HNO3中Pu（IV）和Np（V）的初始活性分别为13.61Bq/mL和13.06Bq/mL

图10.接触时间对PAN/HfP-20 NFM吸附示踪物Pu（IV）的影响。m（NFM）/V=3mg/mL，4mol/L HNO3中Pu（IV）的初始活性为14.74Bq/mL

图11.PAN和PAN/HfP-20 NFMs对Th（IV）和U（VI）的穿透曲线。NFM的直径为4cm，NFM的有效面积和质量分别为12.56cm2和32mg。在0.1mol/L HNO₃中，进料溶液的Th（IV）和U（VI）浓度分别为95.33ppb和98.30ppb，渗透通量为785±11.2L·m^-2·h^-1