植酸修饰壳聚糖/海藻酸钠三聚氰胺海绵复合材料高效吸附铀的性能与机制研究

为解决铀吸附材料难以兼顾高效吸附与易分离回收的难题，研究人员通过交联法制备了植酸修饰壳聚糖/海藻酸钠@三聚氰胺海绵复合材料（PCSS@MS）。该材料在pH=5、298.15 K条件下对200 mg/L U(VI)的去除率>95%，最大吸附容量达297.86 mg·g?1 ，且经4次循环后仍保持70.8%的去除率。FTIR和XPS分析表明磷酸基团主导铀结合，氨基、羧基和羟基协同增强吸附能力。该研究为核废水处理提供了新型高效吸附剂设计方案。

　　

随着全球“双碳”目标的推进，核能因其高效、低碳的特性成为能源转型的关键。然而，铀作为核燃料，其陆地资源日益枯竭，而水体中铀的提取又面临技术瓶颈——传统吸附材料如偕胺肟基材料虽吸附能力强，但成本高昂且易受干扰；生物基材料如壳聚糖（CTS）和海藻酸钠（SA）虽环保价廉，却在强酸环境中稳定性差。更棘手的是，现有吸附剂普遍存在分离困难、循环性能差等问题，严重制约实际应用。

针对这一系列挑战，华东理工大学的研究团队创新性地将植酸（PA）修饰的CTS/SA负载于三聚氰胺海绵（MS）上，构建出PCSS@MS复合材料。该材料不仅通过MS的三维多孔结构解决了纳米颗粒团聚问题，还利用PA的磷酸基团与铀酰离子（UO₂
²⁺
）的强配位能力，实现了高效吸附与易回收的双重优势。相关成果发表于《International Journal of Biological Macromolecules》，为核废水处理和铀资源回收提供了新思路。

研究团队采用交联法制备PCSS@MS，通过扫描电镜（SEM）和X射线衍射（XRD）验证材料的三维多孔结构稳定性，结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析表面官能团变化。吸附实验系统考察了pH、温度、初始浓度等参数的影响，并通过动力学和等温模型探讨吸附机制。

Morphological analysis
SEM显示MS骨架表面由光滑变为粗糙，CTS/SA复合层均匀包覆孔隙，EDS证实P元素成功引入。这种结构既保留了MS的机械强度，又通过PA修饰增加了活性位点。

Adsorption performance
PCSS@MS在pH=5时对U(VI)的吸附最佳，伪二级动力学和Temkin等温模型表明其为化学吸附主导的多位点过程。318 K下最大吸附容量达297.86 mg·g^?1
，显著高于未修饰材料。

Mechanism investigation
XPS分析发现吸附后P=O键峰位移，证实磷酸基团与UO₂
²⁺
形成内层络合物；氨基和羧基通过静电吸引辅助吸附，羟基则参与氢键作用。这种多官能团协同机制是高效吸附的关键。

Conclusions
PCSS@MS通过PA引入的磷酸基团与CTS/SA的天然官能团协同作用，实现了对铀的高选择性吸附。MS载体不仅提升材料机械稳定性，还简化了分离流程。该材料在4次循环后仍保持70%以上的效率，兼具实用性与经济性，为复杂水体中铀提取提供了可持续解决方案。研究还揭示了磷酸基团在铀吸附中的主导作用，为后续功能材料设计提供了理论依据。