中國海水提鈾研究進(jìn)展

熊 潔，文 君，胡 勝，汪小琳，＊

1．中國工程物理研究院 核物理與化學(xué)研究所，四川 綿陽 621900；2．中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 核科學(xué)技術(shù)學(xué)院，安徽 合肥 230026

鈾資源是核工業(yè)賴以發(fā)展的基礎(chǔ)資源，是國家核能發(fā)展的戰(zhàn)略資源，在核能不斷發(fā)展的背景下，核燃料鈾的保障問題日漸突顯出來，我國已探明鈾資源儲量約20萬噸，位居全世界第十位。然而作為人口大國，對資源的需求比其他國家要大，鈾資源相對更加貧乏。要保障核能的長遠(yuǎn)發(fā)展，對非常規(guī)鈾資源進(jìn)行開發(fā)具有重要的戰(zhàn)略意義。

海水中蘊(yùn)藏著約45億噸鈾，如果能夠?qū)⒑Ｋ械拟欃Y源利用起來，鈾將會是一種“取之不盡”的資源，足以保證人類能源的可持續(xù)發(fā)展。但是海水中鈾濃度極低（3．3μg／L）、大量共存的金屬離子含量大大高于鈾酰離子，而且海水中生物系統(tǒng)組成復(fù)雜，干擾很大，要實(shí)現(xiàn)從海水中提取鈾需要處理大量海水，多方綜合起來使得海水提鈾存在很大的技術(shù)難度，需要多學(xué)科的共同推進(jìn)才能實(shí)現(xiàn)解決。

通過多年的論證，研究人員將海水提鈾關(guān)鍵步驟簡化為吸附材料對雜離子體系中低濃度鈾的快速選擇性吸附分離。最早的海水提鈾用吸附材料為水合二氧化鈦無機(jī)吸附劑［1］，隨著研究的不斷深入，以1979年報(bào)道的聚苯乙烯接枝大環(huán)酮類化合物用于海水提鈾為轉(zhuǎn)折點(diǎn)［2］，具有修飾基團(tuán)的有機(jī)吸附劑逐漸在海水提鈾領(lǐng)域獲得了廣泛的研究，后來以偕胺肟基團(tuán)修飾的高分子功能材料被認(rèn)為是最佳的海水提鈾用吸附材料。20世紀(jì)80年代，陸地鈾資源貧乏的日本建立了海水提鈾工廠，其后以偕胺肟型功能高分子為吸附材料進(jìn)行了多次海試實(shí)驗(yàn)，成功從大海中提取出1kg鈾并制成黃餅，向世界宣布掌握海水提鈾工程化技術(shù)的同時(shí)，也證明了從海水中大量提鈾的可行性［3］。美國能源局從2011年開始意識到海水提鈾的重要性，以橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室牽頭聯(lián)合多個國家實(shí)驗(yàn)室和高校，在全美設(shè)立了近20個項(xiàng)目和研究場所重點(diǎn)發(fā)展海水提鈾項(xiàng)目，在基礎(chǔ)研究領(lǐng)域取得了一定進(jìn)展［4-5］。

盡管我國關(guān)于海水提鈾研究相對于國外起步也較晚，但是隨著國家對未來能源發(fā)展的定位以及對海洋資源開發(fā)的重點(diǎn)部署，海水提鈾作為一項(xiàng)具有重要意義的技術(shù)研究項(xiàng)目在國內(nèi)開始備受關(guān)注。國內(nèi)多家科研機(jī)構(gòu)都開展了關(guān)于海水提鈾用吸附材料的設(shè)計(jì)與研發(fā)工作。近幾年，我國研發(fā)了多種鈾吸附分離材料，按照基體種類來講有高分子材料、碳基材料、硅酸鹽材料等。本文將重點(diǎn)對海水提鈾在材料研制與吸鈾性能檢驗(yàn)、海水提鈾實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證方面取得的主要相關(guān)研究成果進(jìn)行介紹。

1 不同類型的鈾吸附分離材料

1．1 高分子基體

（1）纖維類

纖維類材料比表面積大，單位質(zhì)量與鈾接觸幾率高，因此在海水提鈾的基體選擇上通常選擇物化性能穩(wěn)定、力學(xué)性能良好的高分子纖維材料。同時(shí)不同基體、不同接枝單體組成及配比等也會對材料的吸附鈾性能產(chǎn)生影響。

分子鏈的微區(qū)結(jié)構(gòu)，包括基體主鏈結(jié)構(gòu)以及功能基團(tuán)側(cè)鏈結(jié)構(gòu)對材料吸附鈾性能都有影響。偕胺肟型功能纖維材料是目前最理想的海水提鈾用功能材料，通過對此類材料的制備與性能分析發(fā)現(xiàn)，親水性能佳的基體吸鈾速率快，以聚乙烯纖維為基體，經(jīng)過輻照改性獲得的偕胺肟型功能纖維10d左右達(dá)到吸附平衡［6］，吸附容量隨著初始鈾溶液濃度的增大而增加，升高溫度對吸鈾能力有正向促進(jìn)作用，而以聚乙烯醇纖維為基體經(jīng)過輻照改性獲得的偕胺肟型功能纖維在50min以內(nèi)就可以對鈾酰離子達(dá)到吸附平衡，鈾吸附容量達(dá)42．84mg／g［7］。但是由于聚乙烯醇纖維本身力學(xué)性能較差，因此有研究尋找力學(xué)強(qiáng)度高的高分子基體對其替代，輔以親水性輔助單體以提高材料的親水性，如以超高分子量聚乙烯纖維為基材，在輻照接枝丙烯腈的同時(shí)，引入烯酸鏈段結(jié)構(gòu)，再進(jìn)行偕胺肟化［8］，接枝效率高達(dá)300%的材料在實(shí)驗(yàn)室環(huán)境下進(jìn)行海水吸鈾能力檢驗(yàn)，42d吸附容量可以達(dá)到2．3mg／g，雖然材料的力學(xué)性能有所下降，但仍能保持在較高水平。除了以烯酸為輔助單體的研究外，也有以胺類試劑為輔助基團(tuán)的聚丙烯類偕胺肟化改性高分子纖維材料，研究發(fā)現(xiàn)，此類材料吸鈾速率快，30min左右即可達(dá)到吸附平衡，并且吸附容量是單純偕胺肟化材料的2倍，分析認(rèn)為可能是胺基基團(tuán)參與了與鈾酰離子的作用［9］。

除了接枝丙烯腈單體制備偕胺肟型功能材料外，還有其它類別單體接枝到高分子材料上的輻照改性研究，如以PE／PP復(fù)合纖維為基體，通過輻照法接枝胺基烯類單體（如二乙烯三胺）制備多胺型功能纖維材料，文獻(xiàn)中報(bào)道其鈾吸附容量可達(dá)64．26mg／g［10］。另外，該類纖維材料在pH為4．0～8．5對鈾均具有較好的吸附能力，且對鈾酰離子的選擇能力較好≈Fe3＋＞Zn2＋＞VO3-＞Co2＋＞Ni2＋［10］，然而溶液體系對材料的吸附容量影響比較大，如在3．5%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）的鹽溶液中鈾的吸附容量下降55%。人們熟知的磷酸酯類試劑多用于鈾的萃取純化（如磷酸三丁酯），目前也有研究將乙烯基磷酸酯單體通過輻照法接枝到聚乙烯醇纖維上制備了磷酸酯類功能纖維材料［11］，材料在30min內(nèi)就可以對鈾的吸附達(dá)到平衡，吸附容量可達(dá)32．1mg／g，不過其最佳使用pH≈4，與海水環(huán)境差距較大。通過對胺基、磷酸酯基材料吸鈾能力的研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其應(yīng)用范圍因官能團(tuán)結(jié)構(gòu)與性能影響受環(huán)境（如pH值、溶液體系）限制較大，分析認(rèn)為雖然該類基團(tuán)不能直接應(yīng)用于海水提鈾，但其可以作為輔助部分用以改善材料的吸附鈾性能。

不同制備方法獲得的偕胺肟型功能材料選擇鈾吸附性能也有所不同。除了對纖維基體的直接改性外，還有通過靜電紡絲技術(shù)制備新型復(fù)合納米纖維的研究［12］，具體的過程為先將聚丙烯偕胺肟化，在其基礎(chǔ)上制備聚丙烯偕胺肟的原液并與聚氟化乙烯乳液混合，接下來通過靜電紡絲的方法進(jìn)行混紡，制備出偕胺肟化的復(fù)合纖維（圖1），擬通過此法在提高纖維功能化程度的同時(shí)保證纖維材料的機(jī)械性能和親水性，在之后的性能測試中發(fā)現(xiàn)，此類材料在實(shí)驗(yàn)室海水體系下吸鈾能力達(dá)1．6mg／g，研究還發(fā)現(xiàn)在解吸過程中可以很好的將鈾與主要競爭離子分開。

（2）樹脂類

企業(yè)想要在市場競爭中取得勝利，長久不衰，需要將自身的內(nèi)部管理理念建立完善，積極調(diào)整機(jī)制，落實(shí)工作任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的企業(yè)發(fā)展模式。

材料對鈾酰離子的高選擇吸附能力不僅與功能基團(tuán)相關(guān)，與基體鏈段微環(huán)境也有著密不可分的聯(lián)系。以蛋白類材料研究為例，將某特定蛋白固定在樹脂上，發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室模擬海水中可吸附95%以上的鈾，并可多次循環(huán)使用［13］。蛋白類材料之所以對鈾酰離子具有如此高的選擇能力，與蛋白質(zhì)中存在大量氫鍵密切相關(guān)［14］，分析認(rèn)為多肽結(jié)構(gòu)除為鈾酰離子提供赤道面的配位基團(tuán)外，鏈段上的氫鍵作用可以使材料對鈾酰離子的親和力大幅提升，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該特定蛋白對鈾酰離子具有飛摩爾的親和性（Kd＝7．4×10-15），相對于多種金屬離子，其選擇性很高，大于10 000倍。而在此之前以特定脫氧核糖核酸酶（DNAzyme）為基礎(chǔ)研發(fā)的鈾酰離子比色傳感器對蛋白材料用于海水提鈾研究提供了一定支持［15］。盡管固定有特定蛋白質(zhì)的樹脂材料雖然對鈾酰離子具有高效的選擇性和親和力，但是其不能滿足高吸附容量及高吸附速率的要求，目前不太適用于海水提鈾。

圖1 電紡制備偕胺肟型復(fù)合納米纖維［12］Fig．1 Amidoxime composite nanoadsorbent prepared by electrospinning method［12］

1．2 碳基材料

相較于高分子纖維或樹脂，碳材料大都具有豐富的空隙結(jié)構(gòu)和大比表面積，同時(shí)穩(wěn)定性能良好，通過化學(xué)改性和修飾可以成為性能優(yōu)良的功能材料用于吸附分離，目前已經(jīng)涉及到的碳基材料主要有：介孔碳、活性炭、水熱碳和納米碳材料等。

1．2．1 介孔碳 介孔碳是一種新型的介孔材料，具有很大的比表面積和孔體積，此性質(zhì)對提高材料的鈾吸附容量有非常重要的作用。CMK-3型介孔碳［16］的比表面積達(dá)到1 143．7m2／g，孔隙體積和孔徑達(dá)到1．10cm3／g和3．4nm。有研究利用CMK-3型介孔碳進(jìn)行鈾的吸附分離，發(fā)現(xiàn)該介孔碳在pH＝6時(shí)可對鈾進(jìn)行快速吸附，吸附容量達(dá)117．81mg／g，更有意義的是材料再生能力強(qiáng)［16］。在KNO3溶液中，隨著離子強(qiáng)度的增大，材料的吸附鈾容量明顯下降，而且介孔碳材料選擇吸附鈾能力差，面對海水環(huán)境中多種的競爭離子，單純的介孔碳材料難以體現(xiàn)出其實(shí)用價(jià)值。

1．2．2 活性炭 活性炭是一種粉末狀或顆粒狀的無定形碳，其主要成分除了碳以外還含有氫和氧。研究發(fā)現(xiàn)單純的活性炭材料在pH＝5．5時(shí)吸附效果最佳，吸附容量為51．81mg／g［17］。由于材料的吸附容量不高因此有專門針對提升吸附容量開展的工作，有研究利用電沉積的方法制備了氧化石墨烯與活性炭的復(fù)合材料［18］，由于氧化石墨烯本身比表面積很大，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)此復(fù)合材料的吸鈾性能獲得了明顯提高，在pH為5．5時(shí)吸附鈾容量達(dá)到了298mg／g。但是活性炭材料本身并不具有選擇吸鈾的能力，因此在海水提鈾中的實(shí)用價(jià)值也不是很高。為了獲得對鈾酰離子具有選擇吸附能力的碳基材料，有研究通過表面修飾的方法引入了苯甲酰硫脲，發(fā)現(xiàn)材料的吸附容量較高為82mg／g（pH＝5），并在pH≈4．5對鈾具有一定的選擇吸附能力［19］。

1．2．3 水熱碳 水熱碳是指單糖或多糖物質(zhì)在水熱條件下制備而成的半碳化物質(zhì)，富含大量羥基，易于引入其他功能基團(tuán)，如水熱法多獲得羥基基體后與乙二胺進(jìn)行反應(yīng)生成酰胺化產(chǎn)物，再與5-氮雜胞嘧啶生成HC-Acy［20］。在pH＝4．5的條件下，材料對鈾的飽和吸附容量可達(dá)408．36mg／g（ρ0（U）≈380mg／L），改變背景溶液NaNO3的離子強(qiáng)度，發(fā)現(xiàn)對材料吸附容量影響很小，且在部分過渡元素、鑭系元素存在的前提下對鈾酰離子具有選擇吸附能力。以與此種方法類似獲得的水熱碳功能材料還有鄰羥苯亞甲基類［21］、多酚基類［22］、膦酸基類［23］等，這些材料對鈾都具有比較好的吸附能力和選擇性。在此基礎(chǔ)上，也開展了針對偕胺肟基水熱碳功能材料的制備與性能研究［24］，發(fā)現(xiàn)在pH＝4．5的條件下吸附容量可以達(dá)到1 021．6mg／g（ρ0（U）≈300mg／L），從側(cè)面證明了材料的比表面積對鈾吸附容量具有重要意義。

1．2．4 納米碳材料 納米碳材料是一類分散相尺度至少有一維小于100nm的碳材料，其因具有獨(dú)特的結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的性能而備受關(guān)注。碳納米管用于對鈾吸附的研究也有報(bào)道。有研究發(fā)現(xiàn)多壁碳納米管在pH≈6時(shí)鈾吸附效果較好，如果將其氧化則會獲得更高的吸附容量［25］。經(jīng)過熱處理的碳納米微球?qū)︹櫟淖畲笪饺萘繛?2．08mg／g［25］，但是在海水體系中存在大量競爭離子時(shí)，吸附容量會明顯下降。總體而言，碳納米管對于鈾的選擇性并不高，并不能直接適用于海水提鈾。有研究利用等離子技術(shù)將其表面進(jìn)行修飾，獲得了偕胺肟基碳納米管［26］，實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)在pH＝4．5時(shí)吸附容量達(dá)到145mg／g，同時(shí)相對于錳、鈷、鎳、鋅等金屬離子表現(xiàn)出了對鈾的吸附選擇性。該材料在實(shí)驗(yàn)室模擬海水的吸附實(shí)驗(yàn)中1h可以吸附海水中97%的鈾，對主要競爭離子鐵和釩也表現(xiàn)出了很好的抗干擾能力［26］。

1．3 硅酸鹽材料

硅酸鹽材料種類很多，用于吸附重金屬的主要是含鎂、鋁的硅酸鹽，天然具有離子交換能力的硅酸鹽有蒙脫土、沸石等。

硅氧結(jié)構(gòu)具有親水性，將硅酸鎂材料用于鈾吸附，發(fā)現(xiàn)在pH＝4．0的條件下其對鈾的最大吸附容量可以達(dá)到107mg／g，并表現(xiàn)出一定的選擇吸附能力［27］。對比納米氫氧化鎂對鈾酰離子的吸附性能研究，發(fā)現(xiàn)納米氫氧化鎂主要是通過靜電作用吸附溶液中的碳酸鈾酰［28］。

針對硅酸鹽材料在溶液中的分散特征，有研究將硅酸鎂小球附著于四氧化鐵之上，形成了具有磁性的硅酸鹽微球［29］。實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)該材料在pH為7～8具有最好的吸附性能，吸附容量為1．51×10-5mol／g。由于材料具有磁性，因此，在對鈾進(jìn)行吸附分離之后，還可以通過外加磁場實(shí)現(xiàn)材料高效分離（圖2［29］）。由于此種磁性微球無選擇吸鈾的能力，因此對其又進(jìn)行了進(jìn)一步的偕胺肟化表面修飾處理［30-31］，偕胺肟基的引入使得材料的吸附容量大大提升，達(dá)到了277．3mg／g（pH≈5），在NaClO4溶液中離子強(qiáng)度對材料吸附容量影響很小。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)偕胺肟化的硅酸鹽磁性微球化學(xué)穩(wěn)定性良好，循環(huán)再生能力很強(qiáng)。

有序介孔氧化硅材料SBA-15比表面積大，孔結(jié)構(gòu)有序，有研究專門針對這種材料進(jìn)行的功能化研究［32］，在以介孔分子篩SBA-15為支撐基體的基礎(chǔ)上制備了咪唑啉類功能材料（DIMS）（圖3［32］），實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)其對鈾酰離子吸附速率快，10min內(nèi)即可達(dá)到吸附平衡，pH≈5時(shí)，其飽和吸附鈾容量可達(dá)268mg／g（ρe（U）＞70mg／L），并對鈾酰離子的選擇能力好。鈾質(zhì)量濃度低至48μg／L時(shí)，其吸附能力也很強(qiáng)。而在相關(guān)的理論計(jì)算研究中，也表明咪唑啉類材料對鈾的作用能力很強(qiáng)［33］。不過隨著離子強(qiáng)度（NaClO4）的增加，材料的吸附鈾容量會明顯下降。

圖2 磁性硅酸鎂小球的制備［29］Fig．2 Preparation of magnetic magnesium silicate microspheres［29］

圖3 咪唑啉基介孔SBA-15吸鈾材料結(jié)構(gòu)圖［32］Fig．3 Uranium absorbent structure of mesoporous dihydroimidazole functionalized SBA-15［32］

1．4 其他類型

1．4．1 離子印跡聚合物 離子印跡聚合物是使金屬離子先與功能單體結(jié)合，形成該金屬離子的配合物，再與其他聚合物單體進(jìn)行印跡聚合，得到的共聚物通過洗脫液去除金屬離子后即獲得相應(yīng)的離子印跡聚合物。目前已有研究利用2，4-二戊酮-3-異丁烯酸酯與鈾酰離子配位生產(chǎn)配合物，并在其基礎(chǔ)上進(jìn)行聚合獲得共聚物，再通過鹽酸洗脫共聚物中配位的鈾酰離子獲得鈾酰離子的印跡聚合物材料（圖4［34］）。研究發(fā)現(xiàn)，該材料對鈾具有較高的選擇吸附性，模擬海水環(huán)境進(jìn)行實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)材料可以從海水中提取93%的鈾，循環(huán)使用五次材料的吸附鈾性能下降不明顯［34］。而以殼聚糖／聚乙烯醇交聯(lián)水凝膠制備的鈾酰離子印跡材料，最佳吸鈾pH值為5～6，最大吸附鈾容量為156mg／g，此印跡材料與非印跡材料相比印跡材料對鈾的選擇吸附能力高，表明離子印跡材料具有相應(yīng)的記憶效應(yīng)［35］。

1．4．2 共價(jià)鍵有機(jī)框架材料 共價(jià)鍵有機(jī)框架（COFs）材料是具有明確孔徑分布的多孔晶體材料，有研究利用均三苯甲酰氯和對苯二胺反應(yīng)制備了COFs材料，又通過化學(xué)法接枝使其表面修飾上苯并咪唑功能基團(tuán)［36］。研究發(fā)現(xiàn)此類材料具有良好的物化性能與輻照穩(wěn)定性，而且在有多種共存離子的溶液中對鈾表現(xiàn)出了很好的選擇吸附能力，飽和吸附鈾量可以達(dá)到211mg／g（pH≈4．5，ρ0（U）≈100mg／L）。

1．4．3 超分子聚合物 超分子聚合物是基于多種分子間相互作用、協(xié)同作用或多重作用形成，如氫鍵、配位作用、主客體相互作用、電荷轉(zhuǎn)移相互作用、π-π相互作用等。有研究利用鈾酰離子與Salophen衍生物［37-38］形成配合物（UBS）后，與1，6-膦酸-果糖反應(yīng)生成超分子聚合物，此法主要應(yīng)用于環(huán)境樣品中微量鈾的熒光檢測，鈾酰離子濃度檢測最低限可達(dá)0．001 7nmol／mL。

1．4．4 生物纖維材料 2014年11月1日，《科技日報(bào)》頭版頭條報(bào)道了以某植物纖維為基體利用酯化和聚合反應(yīng)獲得高效海水提鈾新材料的文章［39］，引起了國內(nèi)外媒體的熱烈關(guān)注，不過具體的研究細(xì)節(jié)與材料在真實(shí)海水中的提鈾能力驗(yàn)證還有待后續(xù)報(bào)道。

圖4 離子印跡聚合物的制備［34］Fig．4 Synthesis of an ionic imprinted polymer［34］

2 理論研究

海水提鈾中鈾的吸附過程極其復(fù)雜，要分析材料與鈾酰離子的作用機(jī)制，首先要理解功能基團(tuán)與鈾酰離子的作用形式，從分子角度去認(rèn)識功能基團(tuán)結(jié)構(gòu)對吸鈾性能的影響是優(yōu)化材料結(jié)構(gòu)的第一步。

材料與鈾酰離子的作用過程可能涉及到配位鍵、氫鍵、疏水效應(yīng)、π鍵共軛、離子間的相互作用等。為了獲得功能分子與鈾酰離子的配位化學(xué)行為，也開展了一些相關(guān)的理論計(jì)算。

通過密度泛函的方法對偕胺肟與鈾酰離子的作用模型進(jìn)行研究，認(rèn)為提供配位作用的主要位點(diǎn)是肟基上的氧，并且1∶4的配位比可能是最主要的配位形式［40］。

為了對比不同基團(tuán)在水環(huán)境下的配位能力，有研究利用密度泛函的方法對水合鈾酰離子分別與醋酸、重碳酸、碳酸和偕胺肟等的作用進(jìn)行了比較，發(fā)現(xiàn)偕胺肟基和鈾酰離子形成的配合物具有最強(qiáng)的鍵合作用，不過與碳酸根離子相比，偕胺肟基與鈾酰離子的配位過程在動力學(xué)上要較困難些［41］。

根據(jù)前面的介紹，可以看到部分輔助基團(tuán)有助于提高材料對鈾酰離子的親和力，有研究專門針對有羧基存在前提下的偕胺肟基團(tuán)與鈾酰離子作用機(jī)理進(jìn)行的理論計(jì)算［42］，分析認(rèn)為吸附材料對鈾酰離子的吸附過程是功能基團(tuán)與鈾酰離子發(fā)生配位而同時(shí)鈾酰離子從碳酸鈾酰中解離的一個復(fù)合過程，羧基有助于碳酸鈾酰的解離，同時(shí)促進(jìn)了偕胺肟基與鈾酰離子的配位，解釋了長期以來用于海水提鈾工程化的功能材料為何同時(shí)具有羧酸和偕胺肟基兩種官能基團(tuán)。

3 海水提鈾海試實(shí)驗(yàn)

截止2014年，僅日本、印度、中國、美國對海水提鈾工程化技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)研究。就規(guī)模而言，日本處于領(lǐng)先水平，從基礎(chǔ)研究向工程化技術(shù)的轉(zhuǎn)化從20世紀(jì)90年代初一直延續(xù)到現(xiàn)在，在材料制備、材料定型、提鈾形式、提鈾裝置設(shè)計(jì)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)。

我國參與海試的功能材料有聚丙烯無紡布基、聚烯烴混紡纖維基、生物蛋白基三種基體的偕胺肟型功能材料［43］。材料的制備方法有兩種，一種是預(yù)輻照接枝法，一種是輻射乳液接枝聚合法。以預(yù)輻照接枝法制備的聚丙烯無紡布基偕胺肟型功能材料功能化程度較低，20d材料吸附鈾僅為0．1mg／g左右，而以輻射乳液接枝聚合辦法獲得的聚烯烴混紡纖維基與生物蛋白基偕胺肟化功能材料接枝率高，控制反應(yīng)條件可達(dá)300%左右，生物蛋白基功能材料20d吸附鈾可達(dá)0．3mg／g，聚烯烴混紡纖維基功能材料30d吸附鈾可達(dá)0．3mg／g左右。通過兩種方法制備的三種材料進(jìn)行對比分析可知，材料的功能化程度是制約材料吸鈾性能的關(guān)鍵，除此之外，基體的親水性能對吸鈾動力學(xué)具有明顯影響。除材料本身外，外界環(huán)境對海水提鈾的影響也非常大，不僅材料在各級處理過程中可能受到各類化學(xué)試劑的作用，海水水質(zhì)、流速、溫度與微生物也會對鈾的吸附過程產(chǎn)生較強(qiáng)影響。研究認(rèn)為，海水提鈾工程化必須處理好材料結(jié)構(gòu)、性能與外界環(huán)境的關(guān)系，才能使海水提鈾工程化向著積極的方向發(fā)展。

4 結(jié)論與展望

海水提鈾是一項(xiàng)具有挑戰(zhàn)力、也是“回報(bào)”最高的核燃料資源非常規(guī)獲取辦法。在我國能源危機(jī)到來之前，開展相應(yīng)的科研攻關(guān)與技術(shù)儲備具有非常重要的戰(zhàn)略意義。盡管近年來我國在海水提鈾方面研究取得了一些成果，但總體而言，在海水提鈾應(yīng)用研究方面才剛剛起步。除了少部分研究體系控制在海水（pH≈8）范圍內(nèi)，大部分pH值約為4～5，這對篩選海水提鈾用材料增加了一定難度。而要實(shí)現(xiàn)海水提鈾工程化，關(guān)鍵在于吸鈾材料，目前已經(jīng)篩選的材料存在吸附容量、吸附速率與選擇吸附能力不匹配以及實(shí)驗(yàn)室吸鈾性能優(yōu)異的材料實(shí)際應(yīng)用能力弱的問題。如果這兩個問題不能得到較好的解決，那么海水提鈾經(jīng)濟(jì)成本降下來的難度就很大。分析認(rèn)為，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上開展新型吸鈾材料的研發(fā)，需著重研究材料官能團(tuán)結(jié)構(gòu)與鈾的作用機(jī)制，從而設(shè)計(jì)出新型高效的吸鈾材料和發(fā)展出先進(jìn)的材料制備工藝。在提鈾過程中結(jié)合海洋環(huán)境（溫度、洋流、生物污染等問題），通過材料的制備工藝和功能化設(shè)計(jì)使得提鈾材料在海洋環(huán)境中具有更好的抗微生物性能，著力降低材料在循環(huán)使用過程中的損耗程度，理解海水環(huán)境對材料提鈾能力的影響程度，優(yōu)化海試提鈾系統(tǒng)，本著材料結(jié)構(gòu)合理、制備工藝簡單可控及提鈾效果優(yōu)良為目標(biāo)開展相關(guān)研究工作，力爭早日實(shí)現(xiàn)我國海水提鈾工程化應(yīng)用。

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