碱化MXene/偕胺肟-环糊精聚合物复合材料协同捕获海水中铀的研究

为解决海水提铀中吸附材料性能不足的问题，研究人员通过溶剂热法构建了Alk-MXene/偕胺肟-环糊精聚合物（AM-CDPAO）复合材料。该材料通过环糊精羟基和偕胺肟基团（AO）的协同作用，显著提升铀（U(VI)）的捕获能力（最大理论容量203.7 mg/g）和选择性（对钒的Kd值高4.35倍），在模拟海水中吸附率达86.7%，且循环稳定性优异（5次循环后仅衰减12%），为核燃料可持续供应提供了新策略。

　　

随着全球核能产业的快速发展，铀资源作为核燃料的核心面临严峻的供需矛盾。尽管海水中铀储量高达45亿吨，但其浓度极低（仅3.3 μg/L），且存在高盐度、生物污染和竞争性金属离子干扰等挑战，传统吸附材料如MXene虽具有高比表面积但易氧化、选择性差。为此，华东理工大学的研究团队创新性地将碱化Ti₃C₂T_x MXene（Alk-MXene）与偕胺肟-环糊精聚合物（CDPAO）复合，通过溶剂热法构建了AM-CDPAO吸附剂，相关成果发表于《Desalination》。

研究采用溶剂热合成、FTIR和XPS表征、DFT模拟及动态海水吸附实验等关键技术。通过调控Alk-MXene与CDPAO比例（1:1），利用环糊精的刚性空腔结构抑制MXene片层堆叠，同时偕胺肟基团提供特异性铀结合位点。

材料表征与机制
FTIR显示AM-CDPAO在1027 cm^?1出现C-O键特征峰，XPS证实CDPAO成功负载。DFT模拟揭示偕胺肟基（-C(NH₂)=NOH）和羟基协同配位U(VI)，MXene的氧端基则增强静电吸附。

性能验证
在pH=6、25°C条件下，AM-CDPAO对U(VI)的最大吸附量达203.7 mg/g，模拟海水中铀吸附率86.7%，显著优于竞争离子（如钒）。动态海水实验中，实际铀捕获量为8.33 μg/g，且循环5次后性能保持88%。

该研究通过分子设计与多尺度调控，解决了MXene材料在复杂海水环境中的稳定性与选择性难题，为海洋铀资源开发提供了高效吸附剂设计范式。其创新点在于：① 环糊精的“分子识别”与MXene的“离子筛分”协同增效；② 偕胺肟基团赋予超高铀结合特异性；③ 溶剂热法实现材料结构的精准调控。这一成果对推动核能可持续发展具有重要战略意义。