双交联网络PEI/SA-PAO复合凝胶球用于海水铀提取的高效吸附材料开发

为解决海水铀资源提取效率低、选择性差等问题，研究人员通过聚电解质自组装与超分子交联协同策略，设计出具有双交联网络的PEI/SA-PAO复合凝胶球。该材料通过羧酸根、氨基和偕胺肟基团的协同配位作用，在8 ppm铀酰溶液中实现467.56 mg/g的高吸附容量，并在天然海水中展现5.6 mg/g的铀提取能力，为海水提铀提供了稳定高效的新型吸附剂。

　　

研究背景与意义
全球能源危机与低碳需求推动核能发展，但陆地铀矿储量仅能维持约70年。海水中蕴藏4.5×10¹⁰吨铀资源，但浓度极低（3.3 ppb）且存在多种竞争离子，传统吸附材料面临活性位点不足、机械性能差等挑战。针对这一难题，河北自然科学基金支持的研究团队开发了一种新型PEI/SA-PAO双交联网络凝胶球，通过多官能团协同作用提升铀吸附性能，成果发表于《Separation and Purification Technology》。

关键技术方法
研究采用静电自组装构建聚电解质初级网络（SA与PEI），以Ca²⁺超分子交联形成次级网络；通过SEM、FT-IR、XPS等表征材料结构；利用静态吸附实验评估pH、温度、竞争离子等影响因素；通过循环实验验证材料稳定性。

研究结果

1. 材料设计与表征：凝胶球呈现分级大孔结构，FT-IR证实PAO偕胺肟基团成功接枝，XRD显示无定形特征利于铀扩散。
2. 吸附性能：在pH=6、8 ppm铀酰溶液中达467.56 mg/g吸附量，Langmuir模型拟合表明单层化学吸附主导。
3. 选择性机制：氨基(-NH₂)、羧酸根(-COO^–)与偕胺肟(-C(NH₂)=NOH)协同配位UO₂²⁺，XPS证实O1s与N1s轨道电子转移。
4. 实际应用：天然海水中铀吸附量达5.6 mg/g，4次循环后保持73.2%容量（342.54 mg/g）。

结论与意义
该研究通过双交联网络设计解决了传统凝胶材料机械强度低、官能团单一的问题，首次实现PEI氨基与PAO偕胺肟基团的协同铀捕获。其分级孔隙结构加速传质，多官能团配位提升选择性，为海水提铀提供了兼具高容量（467.56 mg/g）与稳定性（5.6 mg/g实际海水吸附）的新型材料，对核能可持续发展具有重要战略意义。