【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】為了滿足日益增長(zhǎng)的全球能源需求，核能應(yīng)用在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展。鈾作為核燃料，其需求量正逐年上升。目前陸地鈾的儲(chǔ)量有限，按照當(dāng)前的消費(fèi)速度，在未來100年內(nèi)將會(huì)耗盡。而海洋中存在豐富的鈾，大約有45億噸，是陸地含鈾礦石的1000倍。因此，從海水中提取可以作為鈾的另一種來源，以確保核能滿足長(zhǎng)期工業(yè)發(fā)展的需求。經(jīng)過長(zhǎng)期研究，人們認(rèn)為吸附是從海水中提取鈾的有效方法，但是由于海水中鈾的濃度低(≈3.3 ppb)且海水成分復(fù)雜，尤其受釩離子干擾嚴(yán)重，選擇性和高效吸附鈾尤其具有挑戰(zhàn)。因此設(shè)計(jì)和合成用于從海水中高效吸附鈾的材料至關(guān)重要。
 

　　青島能源所綠色反應(yīng)分離與過程強(qiáng)化技術(shù)中心的高級(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)自組裝法制備了具有半互穿網(wǎng)絡(luò)和高吸附能力的SA-DNA水凝膠微球，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)O22+的親和力顯著提高，其選擇性是釩離子的43.6倍，實(shí)現(xiàn)了對(duì)UO22+前所未有的高選擇性吸附。相關(guān)研究成果以“SA-DNA hydrogel microspheres for Ultra-Selective uranyl (VI) extraction”發(fā)表在國(guó)際期刊Chemical Engineering Journal 上。
 

　　所制備的微球大小約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條件下，最大吸附容量為189.5 mg⋅g-1。FTIR和XPS分析表明，UO22+主要與DNA中磷酸二酯鍵的P原子和O原子配位，同時(shí)與SA-DNA微球上的羧基螯合。DFT計(jì)算表明，DNA和UO22+形成了涉及U和O的配位結(jié)構(gòu)。此外，這種新型吸收劑環(huán)境友好、成本低廉、易于合成，而且具有令人印象深刻的機(jī)械堅(jiān)固性和可回收性。這項(xiàng)研究的結(jié)果對(duì)于推進(jìn)從海水中選擇性提取鈾材料開發(fā)至關(guān)重要。此外，特定DNA具有識(shí)別各種金屬離子的獨(dú)特能力，這種基于DNA的吸附劑可用于從海水中回收其他有價(jià)值的金屬離子。
 

　　青島能源所碩士生張萬(wàn)圣、博士后辛洋洋為該論文的共同第一作者，法蕓和劉會(huì)洲為共同通訊作者。該工作得到了青島能源所強(qiáng)基計(jì)劃項(xiàng)目的支持。