高岭土/MoS2纳米复合材料增强铀吸附的可持续制备策略：实验与AI建模的协同创新

本研究针对核能领域铀资源短缺与环境污染问题，开发了一种高岭土基二硫化钼纳米复合材料（KMS），通过FTIR、XRD、SEM-EDX等多维表征技术证实其介孔特性（比表面积33.15 m2/g），在pH 4.5条件下实现0.748 mmol/g的U(VI)吸附容量，较纯MoS2提升54%，并通过AI驱动的3D模型量化吸附动力学，为铀回收提供高效可持续解决方案。

　　

铀作为核能发展的关键元素，其稀缺性和放射性污染风险构成双重挑战。传统吸附材料存在成本高、效率低等问题，而二维材料MoS₂虽具有硫富集特性，但单独使用时吸附容量和稳定性有限。Jouf University的研究团队创新性地将高岭土（Kaolinite）与MoS₂复合，开发出KMS纳米材料，通过结构协同效应突破性能瓶颈。

研究采用水热合成法构建KMS，结合高分辨透射电镜（HR-TEM）和BET比表面积分析揭示其三维介孔网络。关键实验技术包括：1）傅里叶变换红外光谱（FTIR）定位Al-OH/Si-OH活性位点；2）X射线衍射（XRD）验证MoS₂非晶化；3）能量色散X射线光谱（SEM-EDX）追踪Na⁺/H⁺离子交换过程；4）基于Arsenazo-III的紫外分光光度法定量铀浓度。

材料特性：KMS展现33.15 m²/g的比表面积，较纯MoS₂（16.23 m²/g）提升104%，孔径分布优化至0.051 cm³/g。FTIR证实高岭土的Si-O缺陷和Al³⁺稳定了MoS₂的硫空位，增强UO₂(SO₄)₂^2?结合能力。

吸附性能：在45°C时KMS吸附量达0.843 mmol/g，符合Langmuir单层吸附模型（R²>0.98），动力学遵循伪一级方程。热力学参数ΔG°<0证实自发吸附，ΔH°>0显示吸热特性。

机理分析：高岭土三重功能被揭示：1）Al-OH/Si-OH静电吸引U(VI)；2）Si-O-实现离子交换；3）Al³⁺稳定硫空位促进缺陷驱动吸附。AI建模预测pH 4.5-5.0为最佳吸附窗口，与实验数据吻合。

再生性能：0.25 M HCl/NaHCO₃洗脱后，KMS经5次循环仍保持90%效率，显著优于纯MoS₂。

该研究通过"结构分散-缺陷工程-协同吸附"三位一体策略，实现了铀吸附材料的性能飞跃。高岭土不仅作为廉价载体降低成本，更通过原子级相互作用优化MoS₂电子结构，为核废料处理提供了符合绿色化学理念的解决方案。AI与实验数据的深度融合，为复杂吸附体系的量化研究树立了新范式。