重点实验室石碧教授/廖学品教授/郭俊凌教授：皮胶原纤维与植物多酚共筑硼同位素高效分离新材料

点击数：122025-03-01 00:00:00　来源: Chin Chem Lett

　　近期，四川大学皮革化学与工程教育部重点实验室石碧教授/廖学品教授/郭俊凌教授团队在Chin Chem Lett在线发表文章，题目：Exploiting selective isotope exchange of amino–phenolic networks for boron-10 isotopologue separation（doi: 10.1016/j.cclet.2025.110914），本文基于植物多酚与硼酸形成动态化学键的特点以及硼同位素交换反应特性，在胶原纤维基材上构建氨基-酚网络，所制备的氨基-酚网络协同材料（Amino–galloyl synergistic materials，AGSM）能够有效吸附硼酸，并通过进一步的同位素交换反应，实现¹⁰B在AGSM上的高效富集，分离因子（Single-stage separation factor，S）可达1.048。

　　天然硼（B）有两种稳定的同位素，分别为¹⁰B和¹¹B。其中，¹⁰B对热中子具有较高的吸收截面，能够有效用于控制核反应速率以及实现辐射屏蔽功能，但在核电工业及核医学等领域因天然丰度（约为18-20%）较低而面临应用限制。为了满足相关高丰度应用需求，如何将¹⁰B的丰度从自然丰度（18-20%）富集到80%以上已成为硼同位素富集与分离的重要研究方向。目前常用的分离方法包括化学法、色谱分离法和溶剂萃取法，而色谱分离法因其高效性、便捷性和安全性等优点倍受关注。然而，传统色谱柱填料（如离子交换树脂和硼特效树脂）在分离硼同位素方面效果有限，不仅影响分离效率，还增加了时间和经济成本。为此，迫切需要开发新的硼同位素分离材料，以推动硼同位素在相关工业领域的广泛应用与发展。

研究背景及AGSM分离¹⁰B的原理图

　　该研究基于传统制革化学理论，利用植物多酚与硼酸形成动态共价键的特性，将植物多酚与聚乙烯亚胺固化在胶原纤维基材上，所构建的氨基-酚网络协同材料（AGSM）能有效吸附硼酸并实现¹⁰B的高效分离。研究显示，AGSM的单级分离因子可达1.048，在固定床的动态分离试验中，可将¹⁰B丰度从20.05%提升至21.42%。进一步结合魔角旋转固体核磁共振技术（¹¹B MAS NMR）和理论计算进一步阐述AGSM分离¹⁰B的作用机理。植物多酚的酚羟基与硼酸通过硼酯化反应形成B–O动态化学键，进而形成单螯合以及双螯合配合物，相较于¹¹B参与形成的配合物，¹⁰B参与形成的配合物在热力学上更加稳定，因而¹⁰B可通过同位素交换反应在配合物中富集。此外，这两种配合物在同位素交换反应的的平衡常数分别为1.0510和1.0522。这表明植物多酚作对¹⁰B具有高效的选择性。

AGSM对¹⁰B分离的机理研究