磷酸盐和胍基修饰的防生物污染偕胺肟聚丙烯腈复合纤维用于高效选择性海水提铀

为解决海水铀资源提取中吸附材料选择性差、生物污染严重等问题，研究人员通过湿法纺丝结合水热改性技术，开发出兼具磷酸盐和胍基功能团的PAN-PAO-OH-B-T复合纤维。该材料在模拟海水中实现1350 mg/g的铀吸附容量和20.6的选择性系数，抗菌率超90%，经6次循环仍保持91.4%解吸率，为海水提铀提供了高性能解决方案。

　　

随着全球对清洁能源需求的激增，核能因其经济性和高能量密度备受关注。然而陆地铀矿储量仅能维持约百年消耗，而海水中蕴藏的45亿吨铀资源成为战略储备。但海水提铀面临铀浓度极低（3.3 ppb）、共存离子干扰和生物污染等挑战，亟需开发兼具高吸附性、选择性和抗污性的材料。

针对这一难题，国内研究团队在《Separation and Purification Technology》发表创新成果。他们以湿法纺丝制备的聚丙烯腈-偕胺肟（PAN-PAO）纤维为基础，通过氢氧化钠水解和水热法引入聚六亚甲基双胍（PHMB）和磷酸三钠（TSP），成功构建了含偕胺肟、胍基和磷酸盐三重功能团的PAN-PAO-OH-B-T复合纤维。研究采用FT-IR、XPS和SEM进行结构表征，通过静态吸附实验评估pH、浓度、温度等参数影响，并测试了抗菌性和藻类附着情况。

材料表征显示，纤维表面成功接枝胍基和磷酸盐基团，形成多孔结构。吸附性能研究表明，材料在pH=8时达到1350 mg/g的实际吸附量，Langmuir模型拟合理论容量高达2058 mg/g，伪二级动力学表明化学吸附主导。选择性实验证实其对铀的选择性系数（20.6）远超传统材料，这归功于磷酸盐与铀酰离子的强配位能力。抗菌测试显示，胍基使材料对三种细菌的抑制率超90%，藻类附着量降低85%。实际海水测试中，28天铀吸附量达9.66 mg/g，且经6次循环仍保持1310 mg/g的吸附容量。

该研究通过多重功能团协同作用，突破了海水提铀材料的选择性瓶颈和生物污染难题。PAN-PAO-OH-B-T纤维的工业化制备路线（湿法纺丝+水热改性）具有成本优势，其2058 mg/g的理论容量创下同类材料新高，20.6的选择性系数显著优于传统偕胺肟材料。尤其值得注意的是，材料在真实海水环境中展现的稳定性能，为未来规模化海试奠定基础。这项成果不仅为核能可持续发展提供了资源保障新思路，其多重功能团设计策略也可拓展至其他战略金属的海洋回收领域。