综述：用于从水性核废料中去除放射性核素的创新吸附剂和机制：材料、性能和未来前景的综合评述

本综述系统评述了用于放射性核废水处理的新型吸附材料与技术，聚焦于吸附机理（如表面络合、离子交换）、材料设计（MOFs、COFs、生物炭）及性能评估（吸附容量、选择性、稳定性），并探讨了其在核设施废水处理及环境修复（如福岛案例）中的应用挑战与未来智能化、可持续化发展方向。

　　

1. 引言

核废料的管理仍然是全球环境与技术领域中最具挑战性的问题之一。随着全球对核能的需求因其低碳排放而增加，核废料的产生不可避免地成为其副产品。核废料主要以乏燃料的形式存在，含有一系列对环境和人类健康都具有危害的放射性核素，例如铀（U）、钚（Pu）、铯（Cs）和锶（Sr）。这些核素因其长半衰期和高毒性而构成显著风险。根据国际原子能机构（IAEA）的数据，目前全球储存着超过40万公吨的乏燃料，这凸显了制定有效的长期封存策略的紧迫性。

核废料常见于水体中，因为它通常存在于发电厂、核处理厂和医疗设施的废水流出物中。这些放射性核素在水生环境中的存在可能导致生物富集，对生态系统和人类种群构成严重的长期风险。液态放射性流出物的管理代表着一个关键挑战，尤其是在核基础设施老化或日益依赖核能的国家。

除了吸附法之外，还研究了几种从水性介质中去除放射性核素的常规方法，包括化学沉淀、离子交换、溶剂萃取、膜分离和高级氧化过程。尽管这些方法在受控条件下可能有效，但它们存在显著缺点，限制了其大规模应用。例如，化学沉淀通常会产生大量需要进一步处理和处置的二次污泥。离子交换树脂表现出高选择性，但成本高昂，对竞争离子敏感，并且在髙辐射剂量下会效率下降。溶剂萃取提供了良好的分离效率，但涉及有毒有机溶剂和复杂的多级操作。基于膜的技术，如反渗透或纳滤，可以实现高截留率，然而它们能耗高、易结垢，并且会产生仍需管理的浓缩盐水。类似地，光催化和电化学方法仍然受到可扩展性和稳定性问题的限制。这些局限性强调了对替代性、成本效益高且可持续的方法的需求，其中吸附法脱颖而出，成为一种特别有吸引力的解决方案。

为了减轻这些风险，已经探索了各种去除和固定放射性核素的方法，其中吸附作为核废料处理中最有前途且成本效益高的技术之一浮现出来。吸附涉及污染物颗粒（如放射性核素）在固体吸附剂表面的捕获。这个过程的发生是由于吸附剂表面与污染物分子之间的相互作用，可能涉及范德华力、静电相互作用或化学键合。吸附剂可以是天然材料，如沸石和粘土，也可以是专门设计用于捕获放射性离子的合成材料。吸附作为一种修复技术的主要优势包括其简单性、可扩展性以及与其他方法（如离子交换或膜过滤）相比的成本效益。此外，吸附技术因其与分散式、移动式或应急修复单元的兼容性而受到关注，特别是在事故后情景中。

使用吸附法从水溶液中去除放射性核素的主要优势之一是可用吸附剂材料的多样性。天然材料，如粘土和沸石，因其吸附放射性核素的能力而被研究，并且它们提供了诸如低成本和环境可持续性等优势。然而，它们的吸附容量对于某些放射性核素或在挑战性条件下可能并不总是足够。为了解决这些局限性，近期的许多研究集中在开发合成吸附剂上，例如金属有机框架（MOFs）、活性炭和功能化聚合物，它们提供了更高的选择性和容量。材料科学和表面化学的最新进展使得能够设计具有定制孔结构和功能基团的吸附剂，从而优化其对特定放射性核素物种的性能。

功能化材料的发展，例如改性沸石或生物炭，进一步扩大了可用吸附剂的范围。这些材料可以被设计成选择性地与特定放射性核素结合，提高其效率并减少广泛再生过程的需求。表面功能化技术，例如引入胺基或硫醇基团，已被证明可以通过增加表面电荷和提供化学结合位点来增强对某些放射性核素的吸附容量。新兴的计算工具，包括密度泛函理论（DFT）和分子动力学，也被应用于预测原子水平的吸附机制并指导下一代吸附剂的合理设计。

然而，尽管吸附显示出巨大的前景，但在其能够广泛应用于核废料处理之前，仍有几个需要解决的挑战。一个关键挑战是吸附剂在恶劣环境条件下的稳定性，例如高辐射场和极端pH水平。机械降解、功能位点的损失以及辐射引起的结构变化会显著降低吸附剂在现实环境中的长期可行性。

吸附剂的再生和再利用是一个至关重要的考虑因素，因为它影响过程的经济和环境可持续性。尽管一些吸附剂表现出高吸附容量，但它们的性能在多次吸附和解吸循环中可能会下降。因此，生命周期评估（LCA）和技术经济分析（TEA）是评估所提出材料的可扩展性和可行性的必要工具。

另一个重大挑战是从含有多种竞争离子的复杂废物流中去除放射性核素。这些离子的存在会干扰吸附过程，降低放射性核素去除的整体效率。因此，需要更多的研究来开发对特定放射性核素具有更高选择性的吸附剂，尤其是那些以痕量存在的核素。这种复杂性要求采用结合表面化学、环境工程和过程强化的多学科方法。

尽管存在这些挑战，吸附剂在核废料处理中的潜力仍然巨大。近年来，研究人员专注于混合材料，这些材料结合了多种吸附剂类型的优势以增强其性能。这些混合吸附剂可以结合物理和化学吸附机制，使其在更广泛的条件下更有效地捕获放射性核素。例如，磁性复合材料能够快速回收废吸附剂，而纳米结构杂化材料则增强了活性位点的可及性。

本综述旨在全面概述从水溶液中吸附放射性核素研究的现状。它将侧重于吸附机制、所使用的吸附剂类型以及各种材料在容量、选择性和稳定性方面的性能。该综述还将强调与使用吸附法处理核废料相关的挑战和局限性，并为该领域未来的研究方向提供见解。通过桥接理论模型、材料创新和现场规模应用，本综述有助于为水系统中放射性废物的管理开发更安全、更智能和更可持续的策略。

2. 放射性核素吸附机制

2.1. 吸附的物理化学原理

放射性核素吸附基于溶液中存在的放射性金属离子与吸附剂表面活性位点之间的相互作用现象。这些相互作用主要分为两类：物理吸附（physisorption）和化学吸附（chemisorption）。

物理吸附涉及范德华力、偶极-偶极或静电类型的弱相互作用力。其特点是可逆性、低吸附能（< 40 kJ/mol）以及没有显著的电子轨道改变。具有高比表面积的多孔材料，如活性炭或沸石，有利于这种类型的相互作用。化学吸附涉及放射性核素与表面功能基团（羧基、羟基、胺基、硫醇基）之间形成共价键或离子键。这个过程是不可逆的，能量上更强烈（> 80 kJ/mol），并赋予对某些放射性核素的高选择性。化学吸附通常与表面络合、质子交换或非均相沉淀反应相关联。这些机制的对比总结见表1。

这些机制受几个物理化学参数的制约，特别是离子电荷、放射性核素的水合半径、吸附剂功能基团的pKa以及表面电荷密度。织构性质（比表面积、孔径、孔径分布）也强烈影响吸附动力学和材料的最大容量。pH在溶液中和固体表面的电荷平衡中起着核心作用，影响放射性核素的形态和活性功能的电离。离子强度、温度和竞争离子的存在也调节所建立相互作用的强度和性质。

2.2. 分子相互作用（范德华力、离子交换、表面络合）

放射性核素在固体表面的吸附基于特定的分子相互作用的组合，这些相互作用决定了吸附物种的保留、选择性和稳定性。在这些相互作用中，范德华力在放射性核素与多孔或功能化表面的初始粘附中起着基本作用。尽管弱且非特异性，但这些力使吸附剂和溶液中的物种更接近，为更强、更具选择性的相互作用铺平了道路。

离子交换是许多吸附系统中的另一个核心机制。它涉及用放射性核素替换吸附剂表面上已经存在的离子（如H⁺、Na⁺或Ca²⁺），根据电荷、水合离子半径和静电亲和力标准进行。这个过程是可逆的，并且对于诸如沸石、粘土或离子交换聚合物等材料特别有效。

最后，表面络合是一种更特异的化学相互作用，其中放射性核素与吸附剂表面上存在的功能基团（羧基、羟基、磷酸基等）形成配位络合物。这些络合物可以是内层型，涉及与表面的直接且强的键合，或者是外层型，通过静电作用力保持在一起。表面络合高度依赖于pH、表面电荷密度和放射性核素的化学形态。它通常是造成在处理低浓度放射性污染物系统中观察到的不可逆吸附和选择性的原因。这些分子相互作用的可视化总结见图1。

2.3. 吸附等温线和多尺度模拟的放射性核素-表面相互作用

模拟吸附过程是理解所涉及的物理化学机制和预测放射性核素行为随材料特性和环境条件变化的必要工具。等温模型提供了吸附量与平衡时残留浓度之间的定量联系，并提供了关于容量、亲和力和吸附性质的关键信息。

在经典模型中，最常用的是Langmuir和Freundlich模型。Langmuir模型基于在均匀表面上单分子吸附的假设，具有有限数量的相同且独立的位点。它还假设吸附物种之间没有横向相互作用。该模型适用于通过化学吸附或离子交换机制发生吸附的系统，可用于确定最大吸附容量（q_max）和反映材料亲和力的平衡常数（K_L）。

Freundlich模型是经验性的，考虑了一个具有吸附能指数分布的非均匀表面。它特别适用于涉及多个同时机制的复杂系统，尤其是在低浓度下。尽管它不预测饱和，但它通过其常数K_F和1/n提供了关于吸附强度和有利性的宝贵信息。这些等温模型的比较概述见表2。

除了这两个基本模型之外，文献中经常使用其他等温模型来完善分析，特别是在放射性核素的情况下。Temkin模型包含了吸附分子之间相互作用的影响，并假设吸附能随表面覆盖度线性下降。Dubinin-Radushkevich (D-R) 模型基于平均吸附能，可用于区分物理和化学机制。最后，Redlich-Peterson模型结合了Langmuir和Freundlich特性，使其适用于广泛的系统，而不受严格的均匀或非均匀表面假设的限制。

为了更详细地理解相互作用现象，使用了诸如密度泛函理论（DFT）等高级方法来模拟原子和电子尺度的吸附。这些方法计算吸附能、电荷分布、所涉及的分子轨道以及放射性核素与表面功能基团之间形成的键的性质。它们为吸附的选择性、稳定性和动力学提供了关键见解。

并行地，机理模型如表面络合理论（SCT）和动力学离子交换模型考虑了溶液中的化学平衡和表面的具体特性（电荷、位点密度、酸度常数）。它们可用于模拟在接近环境或工业过程中遇到的条件下的吸附，考虑了离子竞争、pH、形态和离子强度。这些模型对于预测性研究或放射性废水处理系统的设计特别相关。

2.4. 控制放射性核素吸附的关键环境参数

几个物理化学参数强烈制约着放射性核素在吸附剂材料上的吸附效率。这些因素不仅影响最大吸附容量，还影响所建立的相互作用的性质、对放射性核素的选择性以及表面形成的络合物的稳定性。这些环境参数主要影响的合成概述见表3，随后各小节将详细讨论每个参数。

2.4.1. pH的影响

pH被一致认为是控制吸附现象的关键参数。它既控制溶液中放射性核素的化学形态，也控制吸附剂表面功能基团的电离状态。在低pH下，水合氢离子（H₃O⁺）的丰导致与放射性核素阳离子竞争占据活性位点，这通常导致吸附容量降低。另一方面，随着pH升高，功能基团（羧基、羟基、胺基、硫醇基、磷酸基）的去质子化导致表面负电荷密度增加，从而有利于与放射性放射性核素阳离子的静电相互作用、离子交换和表面络合物的形成。从批判的角度来看，必须强调，在铀（U(VI)）的情况下，水性形态强烈受pH控制：游离的铀酰离子（UO₂²⁺）和水解物种如UO₂OH⁺在酸性条件下占主导地位，而在近中性至碱性pH下，碳酸盐络合占主导地位，形成高度稳定的阴离子络合物，如UO₂(CO₃)₂^2?和UO₂(CO₃)₃^4?。这些络合物的稳定性显著降低了可用于吸附的游离铀酰离子的比例，从而限制了表面保留。然而，应注意过高的pH可能诱导放射性核素以氢氧化物或碳酸盐形式沉淀，将主导保留机制从表面吸附转变为溶液沉淀。

2.4.2. 温度的影响

温度在吸附的动力学和热力学中起着决定性作用。温度升高通常有利于溶液中离子的流动性，加速孔内扩散，并可以导致额外吸附位点的活化，特别是在化学吸附的情况下。大多数关于放射性核素吸附的热力学研究表明，化学过程是吸热的，而物理吸附类型的相互作用通常是放热的。温度还可以影响某些材料的结构稳定性，特别是有机或杂化吸附剂，并调节与放射性核素的离子或共价相互作用的强度。

2.4.3. 离子强度的影响

介质的离子强度对吸附性能有显著影响，特别是当静电相互作用占主导地位时。离子强度的增加导致吸附剂表面周围电双层的压缩，这减少了溶液中离子与表面之间的静电排斥。这种现象有利于放射性核素接近活性位点。然而，高离子强度也可能导致基质离子（Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺、Cl^?、NO₃^?）与放射性核素之间的竞争加剧，导致吸附容量降低。这种效应在吸附主要基于范德华力类型相互作用、离子交换或“外层”型表面络合的系统中尤其明显。

2.4.4. 离子竞争的影响

在真实条件下，特别是在处理核流出物时，放射性核素与大量可能干扰吸附过程的主要和痕量离子共存。竞争离子的存在直接影响吸附剂的选择性和容量。多价阳离子（Ca²⁺、Mg²⁺、Fe³⁺）或阴离子（CO₃^2?、SO₄^2?）可能与放射性核素竞争活性位点，降低过程效率。然而，用特定基团（硫醇-SH、膦酸酯-PO₃H₂、胺-NH₂或异羟肟酸酯）功能化的材料对某些放射性核素，特别是锕系元素和镧系元素，显示出增加的选择性亲和力。这种选择性与物理化学标准密切相关，如电荷密度、水合离子半径、络合物形成常数和所建立键的电子性质。

最终，控制这些参数对于优化吸附剂材料的性能至关重要，无论是在实验室还是在工业或环境条件下。详细了解它们的相互作用是放射性去污领域开发更有效和选择性处理过程的主要杠杆。

3. 吸附剂类型：分类与近期创新

3.1. 用于去除放射性核素的天然吸附剂

天然吸附剂是一类被广泛研究的用于放射性流出物去污的材料，特别是因为它们丰富、低成本、环境兼容性和易于使用。它们主要包括沸石、粘土和其他具有有利于放射性核素吸附的表面特性的天然矿物。

这些材料通常具有大的比表面积、高阳离子交换能力和可观的化学稳定性，使它们对放射性离子如铯（Cs⁺）、锶（Sr²⁺）和铀（UO₂²⁺）具有良好的吸附潜力。它们以其天然状态或经过最小化修改后使用，可以在保留许多情况下足够效率的同时降低处理成本。然而，这些天然吸附剂的性能可能受几个参数影响：矿物学性质、孔隙度、溶液pH、离子强度和竞争阳离子的存在。因此，重大的努力致力于通过物理或化学改性来改善它们的性质，以提高其选择性和吸附容量。

用于此背景的两个主要天然材料家族是沸石和粘土，这将在以下小节中介绍。

3.1.1. 用于放射性核素吸附的天然和改性沸石

沸石是结晶的铝硅酸盐，其特征在于由相互连接的通道和空腔组成的三维微孔结构。这种独特的结构赋予它们高离子交换能力以及对某些放射性阳离子的显著选择性，特别是Cs⁺、Sr²⁺和UO₂²⁺。

在天然沸石中，斜发沸石因其稳定性、可用性以及在各种污染水性环境中的满意性能而被研究用于放射性核素吸附。它已成功用于许多水处理应用，包括事故后情况。

然而，天然沸石的结构限制——如它们的孔径小和溶液中离子之间的竞争——可能阻碍它们在复杂系统中的有效性。为了克服这些限制，通常应用简单的改性，如热活化、离子交换或受控酸蚀刻，以改善它们的吸附性能。简而言之，天然和改性沸石仍然是用于捕获水性介质中放射性核素的稳健、经济且有前途的材料，同时提供了与大规模去污要求良好的兼容性。它们各自性能的比较概述见表4。

3.2. 用于增强放射性核素捕获的合成吸附剂

合成吸附剂代表了一类日益被研究的用于捕获核流出物中放射性核素的材料类别，特别是因为它们的设计灵活性、靶向选择性和高性能。与天然材料不同，合成吸附剂可以专门设计以满足精确的要求，如吸附容量、化学稳定性或与复杂基质的兼容性。

这些材料包括几个非常不同的家族：碳基材料（如活性炭、改性生物炭或功能化石墨烯）、聚合物和离子交换树脂，以及多孔晶体材料，如MOFs（金属有机框架）和COFs（共价有机框架）。得益于材料化学和表面工程的最新进展，现在可以创建具有受控结构的吸附剂，具有适用于某些放射性核素如U(VI)、Cs⁺或Sr²⁺的特定功能基团。

合成吸附剂的主要优势在于它们即使在高度电离的环境或极端pH水平下也能提供高选择性的能力，以及再生和多次循环使用的可能性。然而，它们的制造成本、辐射下的长期稳定性以及环境影响也需要从实际应用的角度考虑。

3.2.1. 碳基材料：活性炭、生物炭和功能化石墨烯

碳质材料是用于捕获放射性核素的最通用和有效的合成吸附剂类别之一。它们的流行源于其有利的结构特征，如大的比表面积、高孔隙率、显著的化学稳定性和易于功能化。

活性炭尤其被广泛使用，因为其多孔表面有利于放射性核素如铯（Cs⁺）、锶（Sr²⁺）或铀（UO₂²⁺）的物理吸附，并在某些情况下化学吸附。它可以通过热解和活化过程从各种有机原材料（壳、木材、泥炭）生产。用功能基团（酸、胺、膦酸盐）对活性炭进行化学改性提高了其对放射性金属阳离子的选择性。生物炭是生物质热解的副产品，提供了活性炭的可持续替代品。虽然天然效率较低，但生物炭可以通过化学或热活化来增加其吸附容量。其功能化策略和结构演变如图2所示。最近的研究表明，改性生物炭在特定背景下可以与一些更昂贵的材料竞争，特别是用于污染土壤中放射性核素的保留。

功能化石墨烯代表了更先进的碳质吸附剂一代。由于其二维结构，它具有极高的可及表面积，能够通过表面吸附、络合或层间捕获来固定放射性核素。最近的工作突出了氧化石墨烯（GO）和功能化还原石墨烯在选择性捕获放射性核素如镅（Am³⁺）或钚（Pu⁴⁺）方面的有效性，特别是当与纳米颗粒或聚合物结合时。总体而言，碳质材料提供了性能、可用性和再生潜力的有吸引力组合，使它们成为放射性水处理应用的有力候选者，特别是在移动或模块化系统中。然而，它们在髙盐浓度或溶解有机物存在下的行为仍然是一个活跃的研究领域。

3.2.2. 聚合物和离子交换树脂

功能聚合物和离子交换树脂在合成吸附剂中占据重要地位，因为它们的高离子交换容量、化学特异性和易于再生。这些材料特别适合于选择性捕获在复杂溶液中以痕量存在的放射性核素，正如工业或医疗核流出物中经常出现的情况。

离子交换树脂，无论是阳离子还是阴离子，都通过树脂上结合的离子与溶液中放射性核素之间的静电取代机制起作用。例如，磺化树脂可以交换阳离子如Cs⁺或Sr²⁺，而含有胺或铵基的树脂可以结合阴离子如碘化物（I^?）或高锝酸盐（TcO₄^?）。它们的有效性受pH、离子强度和竞争共离子存在的强烈影响。功能聚合物是其表面被修饰或接枝有特定螯合基团（羧基、膦酸酯、胺、偕胺肟）的合成大分子。这些基团确保与高价金属离子（如U(VI)、Pu(IV)或Th(IV)）形成强化学键。借助分子工程，可以设计高选择性聚合物，有时以膜、珠或泡沫的形式，适应特定的使用条件（温度、pH、辐射）。这些材料中涉及的两种主要机制——阳离子交换和螯合——如图3所示。

一些商业树脂，如Dowex、Amberlite或Chelite，已被用于处理被放射性核素污染的水，特别是在核设施或事故后情况下。然而，仍然存在局限性，特别是在化学耐久性、成本和对生物或有机污染的敏感性方面。为了克服这些约束，近期的努力集中在开发杂化聚合物（负载纳米颗粒、磁化或与MOFs结合）和优化使用受控解吸过程的树脂可回收性上。

3.2.3. 用于靶向放射性核素捕获的MOFs和COFs

晶体多孔材料，如MOFs（金属有机框架）和COFs（共价有机框架），代表了一类新兴的高性能合成吸附剂，开发于配位化学和材料科学的界面。得益于其高度有序的结构、大的比表面积（通常 > 1000 m2/g）和化学模块性，这些材料为在复杂水溶液中靶向捕获放射性核素提供了一个理想的平台。它们的代表性结构配置如图4所示。

MOFs由金属节点（金属离子或簇）通过有机配体连接形成多孔三维网络组成。它们的结构可以通过选择特定金属（如Zr、Fe、Ti、Ce）和掺入能够与某些放射性核素如U(VI)、TcO₄^?或I^?特异性相互作用的选择性功能基团（羧基、胺、硫醇）来轻松调整。大量研究表明，某些MOFs，如UiO-66、MIL-101或ZIF-8，由于强配位相互作用和多位点捕获机制，对放射性金属离子具有优异的亲和力。COFs则完全是有机的，由富含氮、氧或硫的单元之间的共价键形成。虽然通常比MOFs热稳定性差，但它们提供对酸性环境的卓越抵抗力，并且可以在没有金属的情况下合成，这使得它们对某些类型的放射性核素和对金属污染敏感的应用具有吸引力。COFs也可以被功能化以通过静电、疏水或π-π相互作用捕获特定放射性核素。

这些材料的一个关键优势是能够同时优化孔隙率、孔径和表面化学。此外，一些MOFs和COFs可以与磁性纳米颗粒、聚合物或无机基底结合形成杂化复合材料，这些材料更易于处理和再生。然而，尽管它们在实验室中具有 exceptional 性能，一些挑战仍然阻碍了它们的大规模部署：高生产成本、辐射下的稳定性以及可扩展性。当前的研究旨在提高它们的耐久性，开发更环保的合成方法，并在模拟真实核流出物的复杂基质中测试它们的有效性。

3.3. 杂化和复合材料

杂化和复合材料代表了一种吸附剂设计的创新策略，通过将几种组分——有机、无机或纳米结构——的互补性质结合在单一材料中。这种方法通过同时提高吸附容量、选择性、化学抵抗力和复杂核流出物中处理后回收来克服简单吸附剂的局限性。

最近的研究证明了这些材料在选择性捕获放射性核素如U(VI)、Cs⁺、Sr²⁺或TcO₄^?方面的有效性，其性能显著优于传统吸附剂，特别是在多循环稳定性和分离速度方面。

3.3.1. 纳米复合材料（粘土-聚合物、MOF@生物炭）

纳米复合材料将主体基质（如粘土、生物炭、聚合物）与纳米结构活性相（如MOFs、金属氧化物、石墨烯）结合，以最大化反应位点的密度和分散。这种结构协同作用不仅增强了放射性核素的捕获效率，而且提高了材料在恶劣操作条件下的机械、热和化学稳定性。例如，粘土-聚合物复合材料如蒙脱石-聚(丙烯酸)已证明对Cs⁺的吸附容量高达110 mg/g，由于粘土的离子交换能力和接枝聚合物的功能多样性，对竞争离子干扰具有显著的抵抗力。

类似地，功能化的UiO-66型MOFs表现出定制的路易斯酸-碱性质和高表面能，这对于与水性介质中的离子物种强相互作用至关重要。已经证明，缺陷工程（使用调节剂如乙酸或甲酸）和功能化（例如用–NH₂基团）显著改善了表面热力学行为，并可能改善了UiO-66结构的吸附性能。

这些例子突出了纳米复合材料在开发高性能吸附剂方面的多功能性，这些吸附剂能够满足从复杂水性介质中去除放射性核素的要求。

3.3.2. 用于易于分离的磁性材料

磁性吸附剂已被开发用于实现饱和材料的快速高效回收，省去了过滤或沉降的需要。这些复合材料通常由磁性核心（Fe₃O₄或γ-Fe₂O₃）涂覆功能化层组成，如二氧化硅、金属有机结构（MOF）材料、聚合物或生物炭。

几项研究表明，这些材料不仅对放射性核素如U(VI)、Th(IV)、TcO₄^?或Sr²⁺提供高吸附容量，而且允许在20分钟内超过90%的磁性回收。例如，用氧化石墨烯（GO）功能化的双阳离子钛硅酸盐膜（DTS–GO）已证明对Cs