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大连化学物理研究所开发出可实现高效海水提铀的复合吸附材料

大连化学物理研究所 2024-11-28
近日,大连化物所仪器分析化学研究室生态环境评价与分析研究组(103组)陈吉平研究员团队在海水提铀研究方面取得新进展。团队利用精心设计的蜡铸造法和“相转换”过程,制备了具有大孔结构的聚偕胺肟(WMPAO)水凝胶粒子,并将其包覆进海藻酸-聚丙烯酸(A-PAA)球中,制备了A-PAA@WMPAO复合球材料,该复合球材料可用于海水中铀酰离子的富集分离。
 
  海水提铀被认为是最具挑战性,但回报最高的核燃料资源研发项目,更是被《自然》杂志评为“七种改变世界的化学分离技术”之一。目前,全球对发展海水提铀材料高度重视并在努力推进相关研究,但仍面临所开发吸附材料在真实海水中提铀能力差、海水提铀综合成本高等问题。因此,在保证吸附容量的同时,提高吸附材料对铀酰离子的亲和性及选择性,同时改善吸附材料的结构稳定性及重复使用性,进而优化和提升材料的海水提铀性能并降低其使用成本,是推动海水提铀材料及技术进一步发展的关键环节。
 
  近年来,陈吉平团队致力于新型海水提铀吸附材料的研发(Journal of Hazardous Materials,2022;Chemical Engineering Journal,2022;Chemical Engineering Journal,2023)。在本工作中,团队利用PAO碱水溶液和蜡的共熔融制备了蜡铸大孔PAO(wax-casted macroporous PAO,WMPAO)水凝胶;冷却至室温后,通过自然挥发除去所得白色固化块状材料中的水分,得到收缩的淡黄色硬质块状材料(“相转换”过程);随后,将所得块状材料研磨成细小颗粒并除蜡,得到的WMPAO水凝胶粒子具有明显的奶酪状形貌和丰富的大孔。为了便于实现海水提铀及材料回收,团队将制备的WMPAO水凝胶粒子包覆进A-PAA球中。研究发现,制备的A-PAA@WMPAO复合球同时具备高的吸附容量、良好的机械强度和重复使用性,以及对铀酰离子理想的亲和性和选择性。A-PAA@WMPAO球对加标真实海水中铀的提取效率为95.9至99.5%(10天),对10 L真实海水获得的铀吸附容量达4.79 mg/g(15天)。
 

 
  相关工作以“Wax-casted macroporous polyamidoxime hydrogel particles encapsulated in alginate-polyacrylic acid beads for highly efficient uranium capture from seawater”为题,于近日发表在《先进功能材料》(Advanced Functional Materials)上。该文章的第一作者是我所博士后杨甲甲。上述工作得到国家自然科学基金、辽宁省科技计划项目、我所创新研究基金的支持。(文/图 杨甲甲、耿柠波)
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