开工大吉！
第一作者：Baowei Hu
通讯作者：Muqing Qiu
通讯单位：绍兴文理学院生命科学学院
成果简介
近日，wen邱木清课题组在Chemosphere期刊上发表题为"Highly efficient U(VI) capture by amidoxime/carbon nitride composites: Evidence of EXAFS and modeling"的研究，制备了胺肟/氮化碳(AO/g-C3N4)，并在不同的水化学条件下对U(VI)进行了捕集。利用SEM、AFM、FT-IR、XRD、XPS和EXAFS等技术对其进行了表征。三种内球表面络合物的表面络合模型可以很好地拟合不同pH下的U(VI)吸附行为。U(VI)与保留在C3N4纳米片中的AO基团有很强的络合作用。EXAFS光谱分析表明，U-O亚壳的裂解和UEC壳层的出现进一步证明了U-O亚壳的内球表面络合作用。此外，由于形成了较强的U(VI)-AO键，AO/g-C3N4对海水和水溶液中的U(VI)均表现出很强的捕集、快速吸附和良好的选择性。这些结果表明，AO/g-C3N4可以作为从海水和核废料废水中捕集铀的潜在材料。
引 言
核能的发展在一定程度上缓解了能源危机和大气污染。随着核电厂的快速发展，需要大量的铀(U)作为主要原料。陆地上的铀(VI)源只能供人类使用几十年，而海水中大约有45亿吨，可以供应几千年的铀(VI)。然而，天然吸附剂对如此低的浓度(~3.3 μg/L)并不是很有效。另一方面，铀(VI)作为核相关产业的主要污染源，也是核废水的主要成分。铀(VI)的过度利用会释放到地下环境中，导致环境污染。因此，从含铀废水中回收铀，安全处理含铀废水，对保障核能的可持续发展具有重要意义。与离子交换、固液萃取、生物富集和还原沉淀等传统方法相比，吸附作为一种方便的方法近年来得到了广泛的应用。由于成本高、操作复杂、处理效率低，传统方法在实际应用中受到限制。因此，开发高效和高选择性的吸附剂是非常可取的。新型吸附剂已广泛应用于污染物处理。虽然对铀(VI)在各种吸附剂上的吸附研究已经取得了广泛的成果，但由于天然吸附剂的吸附活性有限，在极端pH和痕量浓度下对U(VI)的吸附是一个具有挑战性的问题。石墨化碳氮化物(g-C3N4)作为一种无金属的新兴材料，由于成本低、环保、化学和热稳定性高而被证明是有效的铀清除剂。因此，功能化g-C3N4对海水和废水中铀(VI)的选择性萃取具有重要意义。根据强烈的表面络合作用，胺肟基团(AO)在捕获铀方面显示出高的选择性。然而，关于铀(VI)在AO功能化gC3N4上的吸附研究尚未见报道。本研究的目的是(1)制备AO/gC3N4，并用扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)、傅立叶变换红外光谱(FTIR)、X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)和X射线精细结构(EXAFS)等技术对其进行表征；(2)研究水化学对海水和废水中铀(VI)选择性吸附的影响；(3)研究水化学对海水和废水中铀(VI)选择性吸附的影响。本研究的重点是开发对铀(VI)具有高吸附能力和高选择性的新材料，用于实际环境净化和海水中铀(VI)的提取。
图文导读
图1 AO/C3N4的特性。A：SEM；B：AFM；C：FT-IR；D XRD
图2.铀(VI)在AO/C3N4上的捕获动力学(A)和等温线(B)，
对于初始浓度为10 mg/L的U(VI)，AO/gC3N4在反应10min时对U(VI)的去除率约为98.5%，表明AO/g-C3N4对U(VI)具有快速捕集能力。当U(VI)初始浓度为50 mg/L时，AO/g-C3N4可去除约80%的U(VI)。
图4pH(A)和再生(B)对AO/C3N4上U(VI)捕获的影响
PH为1.0-4.0时，U(VI)吸附量略有增加，pH为4.0-6.0时，吸附量急剧增加。当pH=6.0-7.0时，U(VI)的去除率接近100%，而当pH>8.0时，U(VI)的吸附量呈线性下降。在pH为4.5时，AO/g-C3N4的Zeta电位为零，表明在pH<4.5时，AO/g-C3N4的表面电荷为正电荷，当pH>4.5时，AO/g-C3N4的表面电荷为负电荷。
图5 天然海水中铀(VI)在AO/g-C3N4上的吸附动力学(A)及其与其他放射性核素(B)的比较
AO/g-C3N4对铀的吸附速率快，选择性好，捕集能力强。
图6不同pH(A)和不同初始U(VI)浓度(B)下AO/C3N4对U(VI)捕集的表面络合模拟
在pH为2.0e10.0时，铀(VI)在AO/g-C3N4上的吸附可用DLM很好地拟合。在较宽的pH范围内，SOUO2是主要吸附物种，分别在近中性和碱性条件下对U(VI)的吸附起着重要作用。
低U(VI)负荷下的U(VI)吸附可以得到令人满意的拟合，而高U(VI)负荷下的拟合结果低于实验数据，这可能是由于表面共沉淀(如菱锌矿)的形成。不同pH条件下吸附U(VI)的拟合结果与SOUO2的主要形态一致。表面络合模拟结果进一步表明，在较宽的pH范围内，AO/g-C3N4对U(VI)的高效吸附主要由内球表面络合主导。
小结
从含铀废水中回收铀，安全处理含铀废水，对保障核能的可持续发展具有重要意义。虽然对铀(VI)在各种吸附剂上的吸附已有大量研究，但由于天然吸附剂对铀(VI)的吸附活性有限，在极端pH和痕量浓度下对U(VI)的吸附仍是一个具有挑战性的问题。开发高效、高选择性地从核废水和海水中捕集铀(VI)的新型材料是非常有必要的。在本研究中，制备了胺肟/氮化碳(AO/g-C3N4)，并在不同的水化学条件下对U(VI)进行了捕集。结果表明，AO/g-C3N4具有较高的吸附容量(312 mg/g，pH 6.8)、快速去除平衡(10min>98%)和较好的铀(VI)选择性(如Cs(I)的19.76 mg/g)。此外，AO/g-C3N4从天然海水中提取铀的能力(饱和时间为5.5day时为9.55 mg/g)高于钒(1.85 mg/g)。用3种内球表面络合物进行表面络合模拟，可以很好地拟合不同pH条件下U(VI)的吸附行为。X-射线光电子能谱(XPS)分析表明，U(VI)与AO基团的强络合作用保留在C3N4纳米薄片中。EXAFS(X射线吸收精细结构)分析表明，U-Oeq2亚壳的裂解和UEC壳层的出现进一步证明了内球表面的络合作用。这些结果表明，AO/g-C3N4材料对废水和海水中的铀(VI)具有很高的选择性捕集潜力。
恭喜发财，大吉大利
——THE END——
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