基于GP-CS@CF电极的原电池辅助铀吸附技术：高效回收与机制解析

针对传统铀吸附技术效率低、二次污染严重等问题，中国科学院研究人员开发了草甘膦功能化壳聚糖复合电极（GP-CS@CF）耦合原电池辅助（GCA）系统。该技术通过吸附-电化学还原-氧气氧化三重协同机制，实现铀吸附容量达4860 mg/g，效率提升7倍，兼具抗干扰性和再生能力，为放射性废水治理提供绿色高效解决方案。

　　

随着全球核能需求激增，铀矿开采和核废料处理产生的放射性废水对生态环境构成严峻威胁。铀既是战略资源又是危险污染物，传统吸附技术存在效率低、活性位点易饱和等问题，而电化学方法则受限于高能耗。如何实现铀资源的高效回收与废水净化，成为环境科学领域的重大挑战。

针对这一难题，中国国家自然科学基金资助项目团队在《Desalination》发表研究，创新性地将生物材料壳聚糖（CS）与除草剂草甘膦（GP）结合，开发出GP-CS@CF复合电极，并构建原电池辅助（GCA）系统。通过扫描电镜（SEM）、X射线光电子能谱（XPS）等技术表征发现，GP的磷酸基团（–PO(OH)₂）与CS的氨基（–NH₂）形成稳定螯合结构，使电极表面粗糙度增加且保持三维多孔特性。当体系pH=1时，GCA系统产生自发电场驱动铀酰离子（UO₂²⁺）迁移，在电极表面发生U(VI)向U(IV)的还原反应，同时溶解氧（O₂）介导的氧化作用进一步稳定铀沉淀，形成吸附-还原-氧化的三重协同机制。

材料表征显示GP-CS@CF电极接触角从128°降至35°，亲水性显著提升；电化学测试证实其氧化还原电流达传统方法的2.3倍。在含2000 ppm铀溶液中，GCA系统48小时吸附容量达4860 mg/g，远超物理吸附（702 mg/g）。选择性实验表明，即使存在Na⁺/Ca²⁺/Mg²⁺等干扰离子，铀去除率仍保持90%以上。循环性能测试显示，经过5次再生后吸附效率仅下降8.3%，EDC/NHS交联剂有效维持了材料稳定性。

该研究突破性地将农业化学品GP转化为环境修复材料，其自供电系统能耗仅为传统电化学方法的1/7。机制上首次阐明O₂在铀固定化中的积极作用，为放射性废水处理提供了"资源回收-污染控制"双赢策略。未来通过优化电极阵列排布和反应器设计，该技术有望应用于核电站尾水处理、铀矿浸出液回收等实际场景，推动核工业的绿色可持续发展。