海南大学王宁AFM：垂直排列的聚偕胺肟/石墨烯膜，从海水中超快和选择性提取铀

随着胺肟（AO）基吸附剂的不断研究和开发，海水制铀工业化生产逐渐成为现实。然而，目前可用的基于 AO 的吸附剂仍然存在吸附率低和选择性差的问题。日前，垂直排列的聚胺肟-氧化石墨烯（VA-PG）片膜是通过定向冷冻浇铸制造的。贯穿微通道有助于铀酰离子 (UO₂²⁺) 的自由扩散，从而导致快速吸附动力学。此外，部分还原的氧化石墨烯可实现高光热转换效率和快速面内传热，从而在模拟阳光照射下实现快速升温。由于 UO₂²⁺ 的吸热行为，光照射 VA-PG 可以同时满足高吸附容量（13.63 mg-U g-Ads^-1）、高吸附率（0.43 mg g^-1 day^-1）和在天然海水中对 U(VI) 的选择性优于 V(V) (U/V = 1.24)，为从海水中提取铀领域取得突破指明了正确的方向。

图1 A) VA-PG 片状膜的制造过程示意图。B-E) VA-PG 薄膜在不同放大倍数下的 Y-Z 平面 FE-SEM 图像。图 (B)中的插图显示了 VA-PG 薄膜的数码照片。F,G) VA-PG 薄膜在 X-Y 和 X-Z 平面上的 FE-SEM 图像。H-J) 分别在 Y-Z、X-Y 和 X-Z 平面中 SD-PG 膜的 FE-SEM 图像。图 (H) 中的插图显示了 SD-PG 膜的数码照片。

图3 A) VA-PG 和 U@VA-PG 的 XPS 光谱。B) 在黑暗中悬浮 VA-PG 和 SD-PG 吸附剂在 8 ppm U-spiked 模拟海水中的铀平衡吸附能力。C) 悬挂 VA-PG 样品的示意图。D) VA-PG 中快速水传输通道的示意图。E) 不同厚度的 VA-PG-85% 和 SD-PG-85% 膜的透水性。

图4 A) VA-PG 样品的面内热导率和热导率增强效率 (η) 作为 PAO 含量的函数。B) 使用 COMSOL Multiphysics 软件模拟从顶部到底部的瞬态热传递过程，用于将 VA-PG 和 VA-PAO 悬浮在水中。C) VA-PG 和 VA-PAO 底部的时间-温度曲线。D) VA-PG 和 VA-PAO 不同深度的温度达到 42°C 所需的时间，与顶部相同。E) 在阳光条件下悬浮和下沉 VA-PG-85% 吸附剂在 8 ppm U-spiked 模拟海水中的吸附动力学数据。

图5 A) 光辐照 VA-PG-85% 片膜在不同初始铀浓度的U型模拟海水中的吸附动力学数据和相应的拟合曲线基于伪二阶模型和伪一阶模型。B) 光辐照 VA-PG-85% 吸附剂的平衡等温线吸附数据和基于朗缪尔模型和 Freundlich 模型的相应拟合曲线。C) 在模拟阳光和黑暗条件下，水溶液中 pH 依赖性铀平衡吸附能力。D）模拟阳光和黑暗条件下六个连续吸附-解吸循环中铀的平衡吸附能力。E) 在由 Na2CO3 (1 m) 和 H₂O₂ 组成的洗脱液中，VA-PG-85% 和 SD-PG-85% 的铀解吸率。洗脱过程也在去离子水中进行作为对照。 F) VA-PG-85% 吸附剂对铀和干扰金属离子在模拟阳光和黑暗条件下在 100 × 海水中天然浓度的选择性吸附性能。

图6 A) VA-PG-85% 的铀和钒吸附量作为在模拟阳光和黑暗条件下与天然海水的不同接触时间的函数。B) 与循环天然海水接触 32 天后，铀和其他竞争性金属离子对 VA-PG-85% 吸附剂的吸附能力。C) 基于 PAO 的水凝胶和膜吸附剂的铀吸附能力、吸附速率和 U/V 质量比的比较。D) 碱处理前后的 PAO 以及碱处理的 VA-PG-85% 在 10 × 10−3 m NaOH 溶液中 60 °C 15 分钟的 13C NMR 光谱。E）GO和PAO之间的氢键相互作用抑制开链胺肟向环状酰亚胺-二肟基团转化的示意图。

相关论文以题为Vertically Aligned Polyamidoxime/Graphene Oxide Hybrid Sheets’ Membrane for Ultrafast and Selective Extraction of Uranium from Seawater发表在《Advanced Functional Materials》上。通讯作者是海南大学王宁教授。

参考文献：doi.org/10.1002/adfm.202111049