亲水型偕胺肟吸附剂的ARGET-ATRP可控制备及其对铀的吸附性能

吸附剂的制备是海水提铀的关键。本文以聚氯乙烯（PVC）为基材,采用电子转移活化再生原子转移自由基聚合（ARGET-ATRP）方法在PVC上引入偕胺肟（AO）和丙烯酸叔丁酯（tBA）基团,合成了偕胺肟基纤维吸附剂（PVC-AO-tBA）。在不同温度、铀溶液浓度和pH值条件下进行了PVC-AO-tBA吸附铀的实验研究,探讨了亲水单体tBA的引入对AO吸附剂吸铀性能的影响。结果表明,在同等条件下,PVC-AO-tBA对铀的吸附量由PVC-AO的109 mg/g提高到170 mg/g;PVC-AO-tBA对酸碱度的适应范围更宽,最佳pH值由6扩展到4~6。动力学分析结果表明,吸附速率也有了明显上升。值得注意的是,在与海水酸碱度接近的弱碱性环境下,平衡吸附量由39 mg/g提高到71 mg/g,可见吸附效果得到明显提升。     

电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合法制备吸附剂及其吸铀性能

为满足我国核电事业的发展需求,从海水中提取铀尤为重要。海水中约有45亿吨铀,约是陆地铀资源的千倍。偕胺肟基对铀酰离子有很强的络合能力及较高的选择性,是良好的铀酰离子吸附官能团,因此,偕胺肟基吸附剂的制备是海水提铀的关键步骤之一。以聚氯乙烯(PVC)为基材,通过电子转移活化再生催化剂原子转移自由基聚合(ARGET ATRP)方法合成偕胺肟基纤维吸附剂(PVC-AO),控制丙烯腈(AN)的用量,制得不同接枝率的吸附剂,用红外光谱分析表明,腈基成功转化为偕胺肟基,用扫描电镜观察不同接枝率吸附剂的表面形貌变化,并用制得不同接枝率吸附剂开展了不同实验温度、不同初始铀酰离子浓度和不同pH条件下的实验,探究了不同接枝率偕胺肟基吸附剂对铀吸附性能的影响。结果表明:偕胺肟基吸附剂吸附铀酰离子的最佳pH为5~6;随着吸附剂接枝率的增加,饱和吸附量和吸附速率均增加,接枝率为5 811%的吸附剂吸附量达到111mg/g;但随着吸附剂接枝率增加,吸附剂表面产生的凝胶物质会阻碍吸附剂对铀酰离子的吸附。     

辐射接枝制备聚丙烯纤维基海水提铀吸附剂

采用电子束预辐射接枝法将丙烯腈和丙烯酸接枝于聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维上,并探讨了吸收剂量和反应温度对接枝率的影响。随后通过偕胺肟化反应制备出含偕胺肟基和羧基的PP纤维吸附剂。红外光谱数据表明,丙烯腈和丙烯酸成功接枝到PP纤维上,偕胺肟化反应将腈基转化为偕胺肟基,同时对改性前后PP纤维的表面形貌和热性能进行了表征。厦门海域真实海水吸附性能测试结果表明,所制备的PP纤维吸附剂铀吸附容量最高可达到0.81 mg·g~(-1)(吸附时间为68 d),PP纤维吸附剂的铀吸附容量与其接枝率和偕胺肟基密度不呈正相关。     

天然毛发复合材料的辐射合成及其对铀的吸附研究

本研究以天然羊毛为功能基材,开展了偕胺肟-羊毛复合材料的制备及其在海水提铀应用中的研究。通过基材预处理、共辐照等方法在羊毛基材表面进行丙烯腈接枝,利用调整射线能量、辐照总剂量等方法优化接枝反应条件,随后进行酰胺肟功能化反应,采用SEM及傅里叶变化红外对接枝、功能化前后的材料进行表征分析,并利用该类功能材料进行铀吸附研究。经功能化条件优化后,可获得吸附容量为62.62 mg/g的偕胺肟-羊毛复合材料。研究结果表明,该材料在Na、K、Ni、Cu干扰离子共存环境下对铀具有一定的选择性吸附能力,且主要为化学吸附。在真实海域的自然环境中可对铀实现0.35 mg/g的吸附容量。这种以天然毛发为原料的提铀复合材料,不仅更加绿色环保,也相对于传统复合材料具有更好的亲水性。     

海水提铀用偕胺肟基纤维吸附材料的研究进展北大核心CSCD

铀是发展核能不可或缺的重要元素。因陆地铀储量有限而通过海水提铀能够有效解决这一问题。研究发现偕胺肟基(AO)吸附材料对铀酰离子的吸附性能优异。本文总结了国内外对AO基纤维吸附材料的研究进展,分析了AO基纤维吸附材料的制备方法和吸附性能,同时也分析了该类材料的发展进程与走向,对目前AO基纤维吸附材料工业化存在的问题进行了讨论,最后对未来海水提铀的发展进行了展望。     

辐射接枝技术的应用:日本海水提铀研究的进展及现状

辐射技术已广泛应用于各种新材料的制备,包括使用辐射接枝技术将具有特殊性能的官能团嫁接到基体材料上,用于金属元素的分离。自20世纪80年代后期以来,日本进行了利用辐射接枝技术制备以偕胺肟为官能团的吸附剂从海水中提取铀的研究。在30天的大型海洋实验中,取得了1.5 g/kg的吸附效率。日本进行的初步的经济性评估表明,采用这种技术提铀的费用大约为铀市场现货价格（spot price）的2～3倍。如果进一步优化吸附剂的制备过程,提高吸附剂的吸附容量、选择性和稳定性,提取费用还可降低,从而使海水提铀更具有竞争力和吸引力。作为辐射技术应用的例子,本文简要介绍日本海水提铀的研究进展及现状,并对海水提铀的研究与开发工作提出若干建议。     

负载铀偕胺肟螯合功能材料解吸研究进展

铀是保障核能稳定发展的重要战略资源,陆地铀资源不足已引起广泛关注。海水中铀资源总量是陆地铀资源的1000倍以上。为确保铀资源的稳定供给,从20世纪50年代开始,对海水中提取铀资源的探索研究从未停止,含偕胺肟基螯合吸附剂分离回收铀已成为最具工业应用前景的潜在功能材料。针对提铀过程中负载铀偕胺肟材料解吸中存在的诸多重要问题,本文综述了近年来从偕胺肟基负载铀材料解吸铀研究进展,阐述了酸溶液、碱性溶液及有机溶液等对负载铀偕胺肟材料的解吸性能、机理和特点,探讨了对铀构成解吸竞争共存金属离子的影响,基于对解吸条件评价,提出了未来亟待研究和解决的问题,为先进解吸技术在海水提铀领域大规模发展与应用提供参考。     

海水提铀用偕胺肟基聚合物研究进展

偕胺肟基聚合物是海水提铀用吸附最有效的材料之一。按偕胺肟基聚合物的制备方法即单体共聚法、聚合物改性法、聚合物共混法为线索进行了综述,描述了海水提铀材料中偕胺肟基聚合物的研究现状,提出了以绿色天然原料为基材,具有更高机械强度、高吸铀量、高选择性的吸附剂是今后海水提铀用偕胺肟基聚合物的重要研究方向。     

偕胺肟基改性碳纳米管对铀的吸附性能研究

对多壁碳纳米管（MWNTs）进行偕胺肟基改性,采用透射电子显微镜（TEM）和傅里叶变换红外光谱仪（FTIR）进行表征,研究了改性前后MWNTs在不同条件下对铀的吸附性能。结果表明,在pH=2～8的范围内,未改性的碳纳米管（raw-MWNTs）与偕胺肟基改性碳纳米管（AO-MWNTs）对铀的吸附容量均是先增大后降低,pH值为5时达到最大。随着铀初始浓度的增大,raw-MWNTs和AO-MWNTs对铀的吸附容量逐渐升高。当铀初始浓度为10 mg/L时,AO-MWNTs对铀振荡吸附30 min后达到平衡,吸附容量可达18.93 mg/g,而raw-MWNTs对铀振荡吸附60 min后趋于稳定,吸附容量可达9.59 mg/g。AO-MWNTs对铀的吸附符合Langmuir和Freundlich模型,最大理论吸附容量为106.38 mg/g。     

Removal and Recovery of Uranium using Microorganisms Isolated from Japanese Uranium Deposits

Attempts were made to remove and to recover uranium present in nuclear fuel effluents and mine tailings using microorganisms isolated from a Japanese uranium mine. Hundreds strains of microorganisms were screened to establish which microorganisms removed the most uranium. Of the tested microorganism strains, an extremely high uranium removing ability was found in some bacteria, including Lactobacillus sp., which can remove about 2,200 μmol uranium per gram dry wt. of microbial cells within one hour. These microbial cells can remove uranium from the uranium refining wastewater with a high efficiency. Lactobacillus cells can remove more uranium from seawater than the other microorganisms which have superior uranium removing capacities from non-saline uranium solutions. The Lactobacillus cells immobilized with a polyacrylamide gel have excellent handling characteristics and can be repeatedly used in the adsorption-desorption cycles. The Lactobacillus cells can be used as an adsorbing agent for the removal and recovery of uranium present in nuclear fuel effluents, mine tailings, seawater, and other waste sources.     

未来海水提铀的前景规划与展望

作为核电运行最重要的核燃料,铀资源的安全供应是保障我国核电可持续发展的关键,海水提铀对于保障我国核能的可持续发展具有重要而长远的战略意义。随着海水提铀技术的不断更新和发展,海水提铀研究工作面临新的机遇和挑战。本文以国内外海水提铀的研究现状为基础,提出了中国核工业集团有限公司领衔的“海水提铀技术创新联盟”关于海水提铀的前景规划与展望,指明了未来海水提铀的研究方向,为海水提铀向工业化迈进提供了技术支撑。     

Enhancement of uranium extraction from seawater using chromic-acid-treated amidoxime adsorbent prepared by simultaneous irradiation grafting technique

Enhancement of uranium extraction from seawater using chromic-acid-treated amidoxime adsorbent was studied. Chromic-acid-treated amidoxime fibers were synthesized based on the simultaneous irradiation grafting method at a low temperature. Low-density polyethylene (LDPE) fibers were treated with chromic acid for up to 90 minutes. After the treatment, the fibers were submerged in 60:40 acrylonitrile:methacrylic acid monomer by volume and irradiated with 40 kGy γ-ray. The maximum grafting efficiency of about 90% occurred at 20 minutes of acid treatment time, as a significant enhancement of 30% compared to the literature-reported value of about 70%. When submerged in shallow seawater with an average temperature of 30 °C for 4 weeks, the amidoxime adsorbent exhibited the adsorption capacity of 2.06 g-U/kg-adsorbent, which was 37% higher than the literature-reported value. These significantly increased grafting and adsorption efficiencies were attributed to the increased surface area of chromic-acid-etched LDPE fibers. Moreover, for the submersion up to 8 weeks, the adsorption increased to 2.15 g-U/kg-adsorbent. The adsorption capacity was evaluated to reduce to about 65% after eight cycles of repeated usage. Uranium concentrations in Thailand's seawater collected at various depths and locations were analyzed using inductively coupled plasma-mass spectrometry (ICP-MS) to be about 3 ppb everywhere.     

偕胺肟基团功能化共轭介孔聚合物用于可监控快速海水提铀

海水提铀是核能可持续发展的重要保障之一。快速提铀材料凭借短吸附周期可减少生物污损、老化而延长使用寿命,因此优化吸附周期可获得更高的提铀效率和经济效益。为此,本研究设计了一种偕胺肟修饰的共轭介孔聚合物（CMPAO）用于可监控的快速海水提铀。以具有优良聚集诱导发光性质的三苯胺和修饰有偕胺肟的芴衍生物为构建单元合成吸附材料,UO2+2被偕胺肟基团捕捉后,经共振能量转移增强CMPAO的电化学发光（ECL）信号,从而实现吸附过程的监测,以确定最优的吸附周期。结果表明：CMPAO在铀酰溶液（5×10-5 mol/L）中可在20 min内达到吸附平衡,对U的吸附容量为1825 mg/g;在真实海水中,3 d即可基本完成吸附过程,CMPAO对U的吸附容量达到16 mg/g,同时CMPAO在海水中可实现铀吸附量与ECL强度的正相关,能够实时监测吸附过程,指示吸附量的变化,以确定最优吸附周期。     

Preparation of Uranium and Plutonium Metals

A new process for preparing uranium and plutonium metals has been developed. The process is based on the high extractability of the elements with sodium amalgam from aqueous solutions. After extracting the uranium or plutonium with sodium amalgam, the resulting amalgam was heated in vacuum so that mercury and sodium were separated to produce uranium or plutonium metal. The mercury and sodium remaining in the uranium metal thus produced were found to be less than 5 and 15 ppm, respectively. The proposed process for preparing uranium and plutonium metals is applicable to other actinoids extracted with sodium amalgam from aqueous solutions.     

铀矿堆浸酸性尾渣中和的动力学特征及模型

采用氧化钙、氢氧化钠和氨水作为中和剂,对铀矿堆浸酸性尾渣进行中和试验,试验过程中检测了中和体系的pH随时间的变化,并根据检测结果建立了尾渣中和的动力学模型。结果表明,铀矿堆浸酸性尾渣的中和过程,包括尾渣颗粒表面余酸与中和剂的快速反应,及尾渣颗粒内部余酸与中和剂的缓慢扩散-反应两个阶段;中和过程中,中和剂扩散-反应的非线性耦合和反馈作用模型,可很好地反映尾渣中和反应的过程和方式,中和体系的pH呈现出明显的非线性振荡现象;尾渣中和的动力学模型,能很好地拟和中和体系的pH随时间的变化。