仿生磷酸化纳米零价铁高效选择性去除稀土浸出液中钍(IV)的机理与应用研究

针对稀土浸出液中钍(IV)与竞争性金属离子分离难题，研究人员创新性提出仿生磷酸化纳米零价铁(ZVIbm)表面重构策略。通过H3PO4诱导形成磷酸配位界面，实现Th(IV)吸附能提升82.7%（-14.617 eV），在0.3 g/L剂量下3小时内去除率达99.7%，为放射性废物治理提供绿色解决方案。

　　

在稀土矿产开发过程中，钍(Th)作为伴生放射性元素始终是制约资源高效利用的"卡脖子"难题。传统分离技术不仅面临高浓度竞争金属离子的干扰，更存在二次污染风险。尤其令人担忧的是，我国作为全球最大的稀土生产国，每年产生的含钍废液超过百万吨，这些具有α放射性的废料若处理不当，将对生态环境造成不可逆损害。面对这一严峻挑战，华东理工大学的研究团队独辟蹊径，从海洋生物矿化现象中获得灵感，开发出仿生磷酸化纳米零价铁(ZVI_bm)技术，相关成果发表于《Environmental Pollution and Management》。

研究团队采用密度泛函理论(DFT)计算与实验验证相结合的策略，通过球磨法制备H₃PO₄/ZVI_bm复合材料，利用批式吸附实验评估Th(IV)去除效能，结合X射线光电子能谱(XPS)等表征手段解析作用机制。

DFT Investigation of H₃PO₄-Induced Mineralization
理论计算揭示H₃PO₄通过表面重构形成Fe-P-O配位结构，使Th(IV)吸附能从-8.004 eV显著提升至-14.617 eV。特别值得注意的是，PO₄^3-作为电子媒介体，促使Th 5f轨道与Fe 3d轨道发生杂化，形成稳定的Th-O-P键合网络。

Chemicals and Materials
实验采用纯度99.99%的还原铁粉与磷酸二氢钾为原料，通过精确控制球磨参数实现纳米级磷酸铁层的均匀包覆，这种仿生矿化过程模拟了自然界磷灰石的形成机制。

CONCLUSION
研究证实磷酸矿化层可产生多中心吸附位点，在pH=3的模拟浸出液中，对48.8 mg/L Th(IV)的捕获容量达163.2 mg/g。更令人振奋的是，该材料对铀、镧系元素表现出优异的选择性，分离系数最高达10³数量级。

这项研究开创性地将生物矿化原理应用于核废料处理领域，其科学价值体现在三方面：首次阐明PO₄^3-在锕系元素固相萃取中的电子桥梁作用；开发出可工程化放大的绿色净化工艺；为稀土行业的放射性污染防控提供了颠覆性解决方案。正如通讯作者Yuhui Liu强调的，这种"以废治废"的策略，通过将危险废物转化为功能材料，完美诠释了循环经济的核心要义。该技术已在中国铀业公司的中试装置上实现98.5%的钍回收率，展现出广阔的产业化前景。