东北师范大学在海水提铀领域取得新突破
发布时间: 2024-02-12 22:17:53
近期，东北师范大学朱广山教授课题组针对海水提铀现有的挑战，设计了一种多孔芳香骨架（PAFs）电极材料，获得的电极材料在电场作用下可以快速、高容量、选择性地从海水中提取铀。相关研究发表在美国化学会旗舰期刊《ACS Central Science》上（Self-Standing Porous Aromatic Framework Electrodes for Efficient Electrochemical Uranium Extraction）。成果一经发表，随即引起了国内外学术界和新闻媒体的广泛关注，被大量转发与报道。
图1 多孔芳香骨架自支撑电极材料在电场辅助下提取铀酰离子示意图
核能作为未来取代化石燃料的低碳能源为经济和环境的绿色发展提供了重要支撑。铀（U）是核反应的主要燃料，但陆地铀矿资源储量只够维持未来几十年的使用。海水中的铀储量估计是陆地铀储量的近1000倍。如果能够有效的从海水中富集铀元素能够保证人类未来几万年的能源需求。电化学提铀在近几年得到了广泛关注，然而对于电极材料的开发仍存在许多不足（以粉末形式存在且电极制备过程复杂）。该项研究针对海水提铀存在的挑战（海水中U浓度极低且存在大量的干扰离子），以商用碳纤维为基底，通过简单的电聚合方法策略构筑了自支撑、无粘结、无金属的多孔芳香骨架电极材料。通过对多孔芳香骨架材料结构的调控和设计，电极材料兼具吸附位点、催化位点和丰富的传质通道。在半波交流电场的作用下，多孔芳香骨架电极材料不仅可以电吸附铀酰离子，还可以将捕获的铀酰离子转变为不溶的铀沉积物，实现高效的铀提取。相应的电化学提铀速率是传统物理吸附的近3倍，电化学提铀能力在低平衡浓度（4.6 mg L-1）下可达到1413.9 mg g-1，并且在共存离子干扰下铀的去除率依然保持良好。在真实海水测试中，铀提取量可以达到12.6 mg g-1。该研究对于推动我国能源结构的调整和“双碳”目标的达成具有重要意义。
图2 PAFs电极材料在电场辅助下提取铀酰离子的性能
该成果的通讯作者是化学学院朱广山教授和赵锐副教授，第一作者是化学学院博士生陈丁阳。相关工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、吉林省科技厅项目等的支持。
原文链接：https://doi.org/10.1021/acscentsci.3c01291
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