錒系元素的高效分離是鈾礦冶煉、乏燃料后處理、含錒廢液處理、核取證和核應急等重大需求的關鍵環節和難點之一。以大體積高放射性含錒廢液的處理為例，有效回收鈾钚元素、合理固化具有強放射性和高化學毒性的次錒系元素，對控制錒系物種的環境遷移、對含錒廢物進行安全地質處置和實現核不擴散十分重要。然而，發展兼具高分離選擇性、優良物化穩定性的錒系分離材料或高效分離技術仍具挑戰性。

二所205室錒系元素組聚焦于由強Lewis酸堿對結合而成的、具有豐富多孔結構的高價金屬-膦酸框架材料(MPFs)，在此類材料的合成、錒系吸附性能、酸解穩定性以及輻射效應等方面開展了大量的研究工作(Chem Eng J, 2016,302:368; J Chromatogr A, 2017,1504:35-45; Nanomaterials, 2018,8:166; Chem Eng J, 2019,355: 159; Chem Eng J, 2022,430:132753)，確認了其在中高酸度下、強輻射場中的高穩定性，以及優異的錒系吸附性能。

然而，合成的高價金屬-膦酸框架材料均為微米甚至納米級的粉體，雖然可以在實驗室中實現對錒系元素的靜態吸附，但由于粉體的水力學性能差，在實際應用中，存在極易堵塞管道、易于流失、后續回收處理較為麻煩等關鍵問題，難以實現動態、連續的分離操作。為了解決此問題，課題組采用靜電紡絲技術，將烷基膦酸鉿(HfP)粉體與聚丙烯腈(PAN)復合，制備成聚丙烯腈/膦酸鉿納米纖維膜(PAN/HfP NFM)。該復合膜具有豐富的多孔結構和較高的比表面積、突出的親水性和滲透性能、良好的拉伸性能和優異的耐酸性，對Th(IV)、U(VI)及示蹤量超鈾核素²³⁹Pu、²³⁷Np顯示出優異的吸附性能，并且具備很快的滲透速率和可觀的穿透體積(在785±11.2 L·m^-2·h^-1的滲透速率下，對μg/L量級的Th(IV)、U(VI)溶液的穿透體積分別達到880 mL和760 mL)，可從升量級的含錒廢液中快速連續捕獲錒系元素，使其濃度滿足排放限值要求。該工作有效解決了粉體吸附劑在實際應用中面臨的諸多關鍵問題，為推動此類材料的實用化邁出了至關重要的一步。

聚丙烯腈/膦酸鉿納米纖維膜的微觀形貌、靜態吸附分離因子、超鈾核素吸附效果和動態吸附穿透曲線不同于上述基于MPFs的固相吸附分離模式，選擇性結晶分離技術是利用合成化學的手段回收次常量級及以上的目標錒系元素，具有原子經濟性、環境友好性和產物可控性的優勢。錒系金屬-有機框架(An-MOFs)是一類由有機配體連接多種類高價態的錒系金屬離子構筑的，具備豐富的結構特性和后合成修飾性、復雜電子性質和獨特反應活性的多孔結晶配位聚合物。基于An-MOFs的選擇性結晶是在溶劑熱合成體系中集合金屬-配體絡合反應常數及結晶產物溶解度的差異實現目標元素分離，具有多元合成的可調控性及優異的選擇性分離性質。課題組利用一種簡單的雙功能有機配體從二元模擬液中選擇性結晶分離釷離子。該結晶產物經受MGy量級的β、γ輻照且具有良好的化學穩定性，可用作初級錒系廢物固化體。該研究工作表明An-MOFs是一類理想的選擇性結晶分離錒系元素的結構平臺，為建立綠色高效的次常量錒系分離方法奠定了良好的基礎。

從模擬高放廢液中選擇性結晶合成錒系金屬-有機框架并用作含錒固化體的概念路線

近期，以上研究成果分別發表于環境工程、材料科學領域的高水平學術期刊，有力推動了錒系分離材料及分離技術的發展。

附文章信息：(1) Stable and high-flux polyacrylonitrile/hafnium phosphonate nanofibrous membranes for efficient removal of actinides from strong acidic solutions, Journal of Environmental Chemical Engineering, 2023,11,109619. DOI: 10.1016/j.jece.2023.109619(IF=7.97)

(2) Selective crystallization of a highly radiation-resistant isonicotinic acid-based metal-organic framework as a primary actinide waste form, ACS Materials Lett. 2023,5,536-542. DOI: 10.1021/acsmaterialslett.2c01087(IF=11.1)