用于快速环境修复含铀废水的电子缓冲可充电微电极吸附剂

《Nature Water》：Electron-buffering rechargeable microelectrode adsorbents for rapid environmental remediation of uranium-containing wastewater

提出基于可充电微电极吸附剂的铀污染废水处理新系统，通过三步循环实现电子时空分离：1）微电极储存电子；2）Fe-O活性位点高效吸附铀离子；3）电荷平衡机制维持表面电负性。实验表明该系统在铀浓度0.545 ppm实际废水中6小时实现97.1%提取效率，容量78.5 mg/g，电子利用率达100%。

　　

摘要

含铀废水的环境修复已成为核工业面临的一个关键挑战，这一问题同时涉及到生态保护和资源可持续性的问题。然而，传统的吸附方法存在动力学缓慢的缺点，而电化学方法则受到电子注入与铀酰离子还原之间直接耦合的限制，这会导致离子阻塞层的形成，从而严重降低修复效率。在此，我们开发了一种具有电子缓冲功能的可充电微电极吸附系统，该系统通过三个步骤运行：电子存储、铀提取和吸附剂再生。这一顺序过程通过时间和空间的分离，将电子注入与铀酰离子还原过程解耦。微电极在无竞争离子的环境中储存电子，并在铀提取过程中以可控的方式释放这些电子。表面的Fe–O键作为捕获铀酰离子的活性位点，降低了其还原过电位；同时，释放的电荷平衡阳离子保持了表面的电负性，从而促进了高效的质量传递。这种协同整合方式使得初始提取速率为1,062 mg·g?1·h?1，铀的吸附容量达到854 mg·g?1，电子利用率接近100%。最重要的是，当使用含有0.545 ppm铀的实际铀矿废水进行测试时，该系统在6小时内实现了97.1%的提取效率和78.5 mg·g?1的吸附容量，证明了其在环境修复中的实际可行性。