ホスホン酸基およびベンゼン環含有量が結晶化挙動およびトリウム(IV)吸着性能に及ぼす影響

科学分野:

• 材料科学
• 放射化学
• グリーンケミストリー

背景:

• 原子力廃棄物からのトリウム（Th）分離は極めて重要である。
• ホスホナート基はトリウムに対して選択的な親和性を示す。
• イオン性有機結晶（IOC）は、吸着のための調整可能な特性を提供する。

研究 の 目的:

• 選択的なトリウム吸着のための新規IOCの合成および特性評価を行う。
• ホスホナート基被覆率および構造修飾が吸着性能に及ぼす影響を調査する。
• 実験的および計算的手法を用いて吸着メカニズムを解明する。

主な方法:

• 異なるホスホナート被覆率を持つ3つのIOC（TP-Py、BPBP-Py、PMBP-Py）のグリーン合成。
• EDXマッピング、FTIR、XPS、およびDFT計算を用いた特性評価。
• トリウム分離および濃縮のための吸着性能評価。

主要な成果:

• BPBP-Pyは、顕著なトリウム分離（STh-U = 6.77）と高い濃縮（Qe = 467 mg/g）を示した。
• IOCの特性（親水性およびサイト占有率を含む）は、ホスホナート基およびベンゼン環によって調整された。
• ホスホナート基の酸素原子およびリン原子が、DFTを介して主要な吸着サイトとして同定された。

結論:

• 合成されたIOC、特にBPBP-Pyは、選択的なトリウム吸着に効果的である。
• 結晶表面上のホスホナート基の濃縮は、吸着容量を増強する。
• 本研究は、ホスホナートベースのトリウム選択的吸着のための理論的および実践的な証拠を提供する。