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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 點擊量：9889
中國科學院青島生物能源與過程研究所綠色反應分離與過程強化技術(shù)中心高級工程師法蕓和研究員劉會洲，基于價格低廉的海藻酸鈉(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，在醫(yī)療領(lǐng)域與科學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，能夠高效殺滅癌細胞；在地球化學研究中，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。
面對陸地鈾儲量有限且逐年減少的現(xiàn)狀，科學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)且海水成分復雜，尤其是受到釩離子的嚴重干擾，選擇性和高效吸附鈾成為一大挑戰(zhàn)。
中國科學院青島生物能源與過程研究所綠色反應分離與過程強化技術(shù)中心高級工程師法蕓和研究員劉會洲，基于價格低廉的海藻酸鈉(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，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，這實現(xiàn)了對鈾酰離子的高選擇性吸附。
SA-DNA水凝膠微球大小約2毫米，包含許多微米級孔隙，以增強傳質(zhì)并充分暴露活性位點。在25℃和pH=4.0的條件下，該微球的最大吸附容量達到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)異的機械堅固性和可回收性。
青島能源所的這一創(chuàng)新成果，對于推進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)的不斷進步和應用的推廣，這種新型吸附劑有望在核能、醫(yī)療、科研等多個領(lǐng)域發(fā)揮更大的作用，為人類社會的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。
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