Reversible Amine-to-Imine Chemistry at a Covalent Organic Framework for Sustainable Uranium Redox Separation

化学 亚胺 胺气处理 无机化学 试剂 共价有机骨架 铀酰 氧化还原 硼氢化钠 共价键 核化学 有机化学 催化作用 离子 材料科学 冶金
作者
Yutian Wu,Pengju Li,Long Chen,Ao Li,Chunyang Li,Junchang Chen,Fuwan Zhai,Dongyang Xu,Yiting Song,Dehan Cao,Jiazhe Sun,Ke Hu,Shuao Wang,Matthew V. Sheridan
出处
期刊:ACS Sustainable Chemistry & Engineering [American Chemical Society]
卷期号:12 (17): 6659-6665 被引量:3
标识
DOI:10.1021/acssuschemeng.4c00358
摘要

The interconversion chemistry of amine-to-imine sites in a covalent organic framework (COF) was developed for the redox-based separation of uranium. Compared to traditional approaches using sacrificial reagents or material decomposition for the reduction and separation of uranium, amine-COF served as the electron donor and was regenerated repeatedly following the oxidation and uranium reduction/separation. The amine-COF, PI-3-AR, was formed from the sodium borohydride (NaBH4) reduction of the imine-linked COF, PI-3, prepared from the solvothermal synthesis of 1,3,5-triformyl benzene (TFB) and 4,4′,4″-(1,3,5-triazine-2,4,6-triyl)trianiline (TTA). PI-3-AR could be converted back to PI-3 via oxidative amination using an excess of the oxidant iodine, I2, or in the photochemical reduction of uranyl ions (UO22+). In consecutive photochemical uranium reduction and separation cycling experiments, the reduced amine COF, PI-3-AR, underwent: (i) oxidation alongside uranium photoreduction and deposition; (ii) acid treatment and uranium extraction; and (iii) NaBH4 reduction and material recovery. The COF, PI-3-AR, and novel separation process involving amine-to-imine interconversion effectively removed uranium (maximum adsorption = 278 mg U/g COF) and maintained >98% uranium recovery over five recycling steps at pH 4.0.
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