氨基化共轭微孔聚苯胺复合膜材料在海水提铀中的高效性能研究

为解决海水铀资源提取中膜材料可持续性和吸附效率低的问题，研究人员通过氨基化修饰策略设计了一种新型共轭微孔聚合物/胶原纤维膜(CMPN-COLM)。该材料在30分钟内可捕获90%的铀(50 ppm)，分配系数Kd>105 mL·g-1，实际海试中7天吸附量达1.61 mg·g-1，兼具快速动力学与优异选择性，为核能可持续发展提供了创新解决方案。

　　

随着全球能源结构转型，核能作为低碳能源的重要性日益凸显，但陆地铀矿资源有限且开采过程产生放射性污染。海洋中蕴藏着约45亿吨铀资源，是陆地的近千倍，然而海水中铀浓度极低（仅3.3 μg·L^-1），且存在高盐度和复杂离子干扰，传统提取技术面临巨大挑战。膜吸附技术因其传质阻力小、能耗低等优势成为研究热点，但现有膜材料普遍存在吸附容量低、选择性差、回收困难等问题。

针对这一技术瓶颈，福建某研究团队在《Green Energy》发表研究，通过Buchwald-Hartwig偶联反应将功能化共轭微孔聚苯胺(CMPO)负载于胶原纤维膜(COLM)，并经1,4-丁二胺(BDA)氨基化修饰，开发出新型CMPN-COLM复合膜。研究采用FT-IR、XPS、SEM等技术表征材料结构，通过吸附动力学、等温线实验评估性能，并开展实际海试验证。

3.1 材料表征
通过FT-IR检测到CMPN-COLM中1142 cm^-1处C-N键伸缩振动增强，XPS显示400.4 eV处-NH₂特征峰，证实氨基成功嫁接。SEM显示氨基化后材料表面球形颗粒排列更致密，BET测试表明其介孔结构（2.5-7 nm）有利于铀酰离子(UO₂²⁺)扩散。

3.2 铀吸附性能
在pH=5时达到最大吸附量345 mg·g^-1，30分钟内完成90%吸附，伪二级动力学模型拟合优度R²>0.98。竞争吸附实验中，对UO₂²⁺的K_d值达1.15×10⁵ mL·g^-1，显著高于Na⁺、Ca²⁺等干扰离子。

3.3 动态吸附与海试
连续动态吸附实验显示，在1 mg·L^-1铀浓度下处理量达21 L·g^-1。福建近海7天实地测试获得1.61 mg·g^-1吸附量，五次循环后效率仍保持80%以上。

3.5 抗菌与机械性能
对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌抑菌率达100%，拉伸强度提升至17.57 MPa，满足实际应用需求。

该研究创新性地将生物质基材料与功能聚合物结合，通过氨基修饰和尺寸筛分效应协同提升铀吸附性能。CMPN-COLM每克生产成本仅0.99美元，兼具经济性与环境友好性，为海水铀资源规模化开发提供了新材料范式。其设计策略也可拓展至其他稀有金属提取领域，对保障能源安全具有重要意义。