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  近年來，能源市場發(fā)生了巨大的變化，化石燃料正在被更清潔的能源所取代。核能具有技術(shù)成熟、成本低、可持續(xù)性等一系列的優(yōu)點(diǎn)，與水電、光伏和風(fēng)力發(fā)電相比，核能不存在供應(yīng)間歇性，受自然條件限制較小。所以，它被認(rèn)為是一種可以在很大程度上取代化石能源的清潔能源。然而，已探明的陸地鈾礦只夠現(xiàn)有的核電站運(yùn)行80-120年，所以未來陸地鈾燃料的匱乏無法避免。據(jù)統(tǒng)計，海水中含有鈾約45億噸，是陸地鈾礦的幾百倍。因此，從海水中提取鈾是未來核能發(fā)展的重要一步。現(xiàn)在發(fā)展的從海水中提取鈾的方法主要有吸附法、膜分離法、電化學(xué)萃取法，其中吸附法具有操作性好、應(yīng)用范圍廣、經(jīng)濟(jì)效益高等多重優(yōu)點(diǎn)。但是由于海水中鈾濃度極低，且存在多種干擾金屬離子和微生物種類，所以有必要開發(fā)一種新型高效吸附劑。

  近日，鄭州大學(xué)申長雨院士、劉春太教授團(tuán)隊的楊佩佩博士和李松偉博士課題組將采用氧化石墨烯（GO）和聚丙烯酰胺/聚丙烯酸（PAM/PAA）制備具有光熱轉(zhuǎn)化特性的水凝膠，用于從海水中高效提取鈾。在PAM/PAA/GO水凝膠中引入兩性離子2-甲基丙烯酰氧基乙基磷酸膽堿（MPC）得到PAM/PAA/GO/MPC（PAGM），具有良好的抗菌性能。PAGM展示了鈾（VI）（U（VI））的有效和特異性吸附。光照條件下，PAGM的吸附容量達(dá)到196.12 mg g^-1（pH = 8，t = 600 min， C₀= 99.8 mg L^-1， m/v = 0.5 g L^-1)。吸附能力僅為160.29 mg g^?1在黑暗條件下（pH = 8，t = 600 min，C₀= 99.8 mg L^-1， m/v = 0.5 g L^-1)。光的吸附容量比暗光高22.5%。此外，PAGM在五次吸附-解吸循環(huán)后表現(xiàn)出良好的重復(fù)性和穩(wěn)定性。在天然海水中儲存一個月后PAGM的U（VI）吸附容量為6.1 mg g^-1。X射線光電子能譜（XPS）結(jié)果表明， 氨基、羧基和羥基與U（VI）的配位是U（VI）吸附的主要機(jī)制，并通過詳細(xì)的密度泛函理論計算證實(shí)了其機(jī)制。PAGM具有耐久性、高效率、光熱轉(zhuǎn)換性能和抗菌性能。

  該工作以“Zwitterion functionalized graphene oxide/polyacrylamide/polyacrylic acid hydrogels with photothermal conversionand antibacterial properties for highly efficient uranium extraction from seawater” 為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》。文章第一作者是鄭州大學(xué)碩士研究生李輝，該研究得到了國家自然科學(xué)基金項目和國家重點(diǎn)研發(fā)計劃項目等項目的支持。

水凝膠的合成

圖1. PAGM水凝膠合成工藝示意圖

水凝膠的表征

圖2. 氣凝膠的表征

吸附性能

圖 3. pH值、GO濃度、模擬陽光對于吸附的影響

理論密度泛函理論(DFT)計算

圖4. 理論密度泛函理論(DFT)計算

抗菌性能測試

圖5. 抗菌性能測試

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202301773