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妥善处理处置放射性废物、提升对突发核污染事故的应急处置能力是落实核安全与放射性污染防治工作的重点任务。放射性废液中的裂变产物137Cs(t1/2=30.2年)、90Sr(t1/2=28.8年)、133Ba(t1/2=10.5年),中子活化产物60Co(t1/2=5.27年)、63Ni(t1/2=101.2年)和镧系元素(Ln,如152Eu,t1/2=13.3年)具有很强的β/γ放射性和生物毒性。它们以阳离子形式存在于废液中,具有很高的迁移性,可以通过食物链传递并在人体内富集,可以造成细胞、血液、器官和骨骼的损伤,进而引发白血病、骨癌、肺纤维化等高致死率疾病,对健康和环境造成长期的潜在威胁。这些放射性核素经过分离和纯化后具有很高的利用价值,能够作为放射源、核电池原料,广泛的应用在医学、基础科学和航空航天等领域。因此,去除和回收Cs+、Sr2+、Ba2+、Co2+、Ni2+和Ln3+等放射性同位素离子对于安全处理处置核废液、实现同位素的综合利用价值均具有极其重大的意义。金属硫化物在选择性吸附分离放射性核素方面具有潜在的应用价值。首先,结构中的S2-属于软碱,对半径较大的金属离子具有强的亲和力;其次,S2-具有灵活的配位模式和宽的键角范围,使得金属硫化物离子交换剂具备合适的微孔环境,有效促进离子的传输和储存。虽然这些特性赋予了金属硫化物离子交换剂选择性高、交换速率快等优势,但目前报道的材料仍存在以下三个问题:（1）对Cs+、Sr2+的共吸附或分离功能单一化,无法实现功能间的智能切换;（2）对Ln3+、Ba2+、Co2+、Ni2+等离子的吸附、分离研究仍处于起步阶段,进展缓慢;（3）对金属硫化物填充的离子交换柱的性能研究相对较少,缺乏对吸附/脱附过程的动态观测与机理解释。本论文面向国家重大核安全战略需求,聚焦核废液中放射性离子的高效吸附分离,采用以低共熔溶剂（Deep Eutectic Solvents,DESs）、胺/醇混合溶剂为反应介质的软化学合成技术,制备结构新颖、功能优异的新型金属硫化物离子交换剂。重点研究交换剂对Cs+、Sr2+、Ln3+、Ba2+、Co2+、Ni2+离子的吸附和分离性能,考察材料结构对吸附速率、吸附容量和选择性的影响规律,总结构-效关系,最终在共吸附/分离功能的智能切换、多核素吸附兼容性的提升、柱操作试验方法的完善三个方面取得了系列研究进展。具体如下:1、在异丙胺盐酸盐和尿素组成的DES中合成了NH4+为模板的一维链状硫代锑酸铵[NH4]2Sb4S7（Sb S-1）,并通过水合K+离子取代NH4+的方法对其进行活化处理,最终得到硫代锑酸钾K2Sb4S7·2H2O（Sb S-1K）。利用Sb S-1K离子交换剂可以实现对混合Cs+、Sr2+离子共吸附-分离功能的酸敏化调控。具体来说,在溶液p H 6时,Sb S-1K对Cs+和Sr2+的去除率可以快速达到98-99%;在p H 2时,Sr2+去除率仅为11.18%,而Cs+去除率保持在96.99%,分离系数SFCs/Sr为256,在金属硫化物吸附剂中为最高水平。由Sb S-1K填充的离子交换柱在交替处理p H 6和p H 2的Cs+和Sr2+混合溶液（共循环6轮）时能够实现共吸附(Cs+和Sr2+的去除率分别为＞99.91%和＞98.19%)和分离(Cs+和Sr2+的去除率分别为＞98.99%和0±3%)的智能、快速切换。进一步将Sb S-1K离子交换剂与PTFE膜进行复合,制备出可弯折的柔性Sb S-1K/PTFE膜,实现对低浓度的Cs+和Sr2+混合溶液（1 ppm）的快速、连续处理,甚至在超快的真空过滤(流速＞30 m L min-1)条件下,复合膜依然表现出极其优异的共吸附和分离效果。实验结果和理论计算分析证实,Sb S-1K对阳离子的亲和力强弱顺序为Cs+＞K+＞H+＞Sr2+,从机理上解释了材料能够随p H的变化而切换对Cs+和Sr2+的共吸附和分离功能的原因。2、在二甲胺盐酸盐和乙烯脲组成的DES中合成了二维层状的异金属硫化物材料[NH2（CH3）2]2Ga2Sb2S7（Ga Sb S-1）,二甲胺阳离子作为抗衡阳离子和结构导向剂填充在层间。该化合物的[Ga2Sb2S7]n2n-阴离子片层是由{Ga2Sb2S10}次级结构单元（secondary building unit,SBU）通过共用端基S2-离子连接组装而成的,其独特的结构特征在Ga-Sb-Q（Q=S、Se）系列化合物中属首次报道。Ga Sb S-1能够快速、高效地对Y3+和14种Ln3+离子进行吸附,在10 min内即可移除98-99%的目标离子,对Ce3+、Eu3+、Tm3+、Y3+四种样例离子的饱和吸附量分别高达125.37、132.06、118.44、63.13mg g-1,在目前报道的硫化物离子交换剂中处于较高水平。3、搭建以乙胺阳离子诱导的In S-2离子交换柱在2400 BVs之内能够高效吸附四种离子,去除率均在99%以上。吸附达到饱和之后（或接近饱和）,通过测定流出液中的离子浓度变化,揭示出In S-2对四种离子的吸附顺序为Co2+＞Ni2+＞Ba2+＞Sr2+,这为研究离子间的竞争关系和离子与交换剂之间的作用规律提供了新的参考。另外,In S-2填充的离子交换柱具有优异的循环再生能力,吸附饱和产物经过高浓度的KCl（2 M）溶液的洗脱后,对Sr2+、Ba2+、Co2+和Ni2+混合离子的去除率仍可以达到99%以上。4、以乙胺盐酸盐-尿素、乙胺盐酸盐-硫脲、氯化胆碱-尿素三种不同的DESs作为反应介质,合成出三例由原位生成的NH4+或NH3分子诱导的Sb-Q（Q=S、Se）和In-Sb-S化合物,即（NH4）2Sb4S6（S2）（Sb S-2）、（NH4）2Sb4Se6（Se2）（Sb Se-1）、（NH3）In Sb S3（In Sb S-1）。其中,Sb S-2和Sb Se-1为同构化合物,均具有[Sb4Q6（Q2）]n2n-（Q=S、Se）的阴离子片层结构。该片层的SBU是{Sb12Q14},SBU之间通过共边方式互相连接构建{Sb4Q6}n一维链,进而相邻一维链间通过连硫（S2）或连硒（Se2）单元进一步聚合形成具有{Sb6Q8}窗口的[Sb4Q6（Q2）]n2n-片层。片层以AAA顺序平行堆积,原位生成的NH4+作为抗衡阳离子填充层间,并与片层的Q2-离子形成丰富的N?H···Q氢键作用。In Sb S-1为NH3分子配位修饰的杂化一维链状化合物。该链是由{In2Sb2S8（NH3）2}团簇作为SBU通过共用端基S2-离子互相连接构建而成。值得一提的是,In3+离子采用八面体几何构型与五个S2-离子和一个NH3分子进行配位,这在In-S配位化合物中是非常罕见的。