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青島能源所開發(fā)出超高選擇性海水提鈾材料
2024年07月23日 09:30:49
來源：化工儀器網(wǎng) 作者：楊 點(diǎn)擊量：9940
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所綠色反應(yīng)分離與過程強(qiáng)化技術(shù)中心高級(jí)工程師法蕓和研究員劉會(huì)洲，基于價(jià)格低廉的海藻酸鈉(SA)和功能性DNA鏈，采用一步滴定-鈣交聯(lián)自組裝法制備出具有半互穿網(wǎng)絡(luò)和高吸附能力的SA-DNA水凝膠微球。
【化工儀器網(wǎng) 項(xiàng)目成果】鈾(Uranium)，是一種放射性金屬元素，也是自然界中最重的原生元素之一。鈾起初被用于瓷器的著色，后隨著核裂變現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)，其作為核燃料的重要性逐漸凸顯。同時(shí)，在醫(yī)療領(lǐng)域與科學(xué)研究以及國防軍工等領(lǐng)域，鈾也發(fā)揮著重要作用。例如，鈾-238和釷-232的α粒子因其短程穿透深度，被用于癌癥治療，能夠高效殺滅癌細(xì)胞；在地球化學(xué)研究中，鈾的含量和同位素比例可用于分析地質(zhì)年代和地球演化過程。
面對(duì)陸地鈾儲(chǔ)量有限且逐年減少的現(xiàn)狀，科學(xué)家們開始探索從海水中提取鈾的新途徑。海洋中存在豐富的鈾資源，總量約為45億噸，是陸地含鈾礦石的1000倍。然而，由于海水中鈾的濃度極低(約3.3 ppb)且海水成分復(fù)雜，尤其是受到釩離子的嚴(yán)重干擾，選擇性和高效吸附鈾成為一大挑戰(zhàn)。
中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所綠色反應(yīng)分離與過程強(qiáng)化技術(shù)中心高級(jí)工程師法蕓和研究員劉會(huì)洲，基于價(jià)格低廉的海藻酸鈉(SA)和功能性DNA鏈，采用一步滴定-鈣交聯(lián)自組裝法制備出具有半互穿網(wǎng)絡(luò)和高吸附能力的SA-DNA水凝膠微球。該微球可用于選擇性吸附鈾酰離子(UO22+)。通過DNA作為選擇性吸附位點(diǎn)，微球?qū)︹欟ｋx子的親和力顯著提高，且選擇性是釩離子的43.6倍，這實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈾酰離子的高選擇性吸附。
SA-DNA水凝膠微球大小約2毫米，包含許多微米級(jí)孔隙，以增強(qiáng)傳質(zhì)并充分暴露活性位點(diǎn)。在25℃和pH=4.0的條件下，該微球的最大吸附容量達(dá)到189.5 mg⋅g-1。研究表明，鈾酰離子主要與DNA中磷酸二酯鍵的P原子和O原子配位，同時(shí)與微球上的羧基螯合。這種新型吸附劑不僅環(huán)境友好、成本低廉、易于合成，還具備優(yōu)異的機(jī)械堅(jiān)固性和可回收性。
青島能源所的這一創(chuàng)新成果，對(duì)于推進(jìn)從海水中選擇性提取鈾材料的開發(fā)工作具有重要意義。它不僅解決了陸地鈾資源有限的問題，還為核能產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了新的解決方案。未來，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和應(yīng)用的推廣，這種新型吸附劑有望在核能、醫(yī)療、科研等多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。
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