化學(xué)學(xué)院在設(shè)計(jì)構(gòu)建離子傳輸路徑海水提鈾方面取得重要進(jìn)展
核能作為一種高效、清潔、安全、經(jīng)濟(jì)的能源，是人類(lèi)最具希望的未來(lái)能源之一。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）和經(jīng)合組織核能機(jī)構(gòu)（NEA/OECD）等預(yù)測(cè)：未來(lái)幾十年，核工業(yè)產(chǎn)生的能量將成為全球主要的能量來(lái)源。陸地上的鈾礦資源即將消耗殆盡，海水中蘊(yùn)含的鈾礦資源是陸地上數(shù)千倍（超過(guò)40億噸）。然而，鈾離子濃度極低（約為0.0033 ppm）且存在著大量的干擾離子，嚴(yán)重的影響了海水提鈾領(lǐng)域的實(shí)際應(yīng)用。因此，尋找高效率和高選擇性的提鈾方法是突破海水提鈾技術(shù)瓶頸的關(guān)鍵所在。
近期，東北師范大學(xué)網(wǎng)格材料的研究團(tuán)隊(duì)在多孔芳香骨架材料（PAF）設(shè)計(jì)和功能化的研究基礎(chǔ)，提出了一種在PAF材料孔道內(nèi)部構(gòu)建離子傳輸路徑的方法。以分子印跡多孔芳香骨架材料（MISS-PAF-1）為主體，通過(guò)在PAF納米通道內(nèi)聚合的方法在MISS-PAF-1中插入具有優(yōu)良導(dǎo)電性的聚苯乙炔鏈（PPA@MISS-PAF-1）。在通電的情況下，帶負(fù)電的高分子鏈能夠快速的富集海水中的金屬離子，提升鈾酰離子的局部濃度、加快遷移速率并且減弱庫(kù)倫斥力。結(jié)合MISS-PAF-1材料本身具有優(yōu)異的離子選擇性，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效、特異性地鈾離子捕獲。與傳統(tǒng)的物理吸附法相比，PPA@MISS-PAF-1材料具有目前最高的海水提鈾性能，在天然海水中對(duì)鈾的吸附能力達(dá)到了13 mg-U/g（56天，實(shí)驗(yàn)室級(jí)別的海試研究）。該項(xiàng)研究工作開(kāi)創(chuàng)了一種海水提鈾材料的合成方法及設(shè)計(jì)思路，具有里程碑意義。該研究工作由多酸科學(xué)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室朱廣山教授和元野教授共同指導(dǎo)，博士研究生王澤宇等同學(xué)共同完成，發(fā)表于國(guó)際著名化學(xué)類(lèi)雜志《Chem》上（Constructing an ion pathway for uranium extraction from sea-water, Chem, 2020, 6, 1683）。
該研究被美國(guó)化學(xué)會(huì)以 “導(dǎo)電聚合物修飾的吸附劑 能夠從海水中快速捕獲鈾”為題進(jìn)行了專(zhuān)題報(bào)道；該研究成果也被 Cellpress 跟蹤報(bào)道，被Chem期刊選作封面文章。上述高水平研究論文的發(fā)表標(biāo)志我?；瘜W(xué)學(xué)院在海水提鈾方向取得了一定的進(jìn)展。目前，該研究團(tuán)隊(duì)還在進(jìn)行更為深入的研究，有望在不久的將來(lái)取得更好的研究進(jìn)展和成果。
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