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文章类型：Review
题目：Porous frameworks for uranium extraction from seawater（用于海水提铀的多孔骨架）
作者：
第一作者：曹豆豆
通讯作者：元野
通讯单位：东北师范大学
DOI：10.20517/cs.2024.47
导读
随着人类社会与科学技术的进步，人们对能源的需求量日益增长。能源正在逐步成为制约人类生存与发展的关键因素。作为新兴的清洁能源，核能被认为是解决人类能源危机的重要途径。海水中储藏了45亿吨的铀，是陆地储藏量的数千倍。因此从海水中提取铀也被认为是能够改变世界的七种分离技术之一。然而，海水中极低的铀浓度极低（~3 ppb）与大量存在的干扰离子严重影响了吸附剂的吸附量、选择性与循环性能。因此，通过选择合适的材料，提高其铀吸附量与吸附选择性一直是这一研究方向的难点，也是制约这一技术实现工业化的主要因素。本文综述了多孔材料在海水提铀技术中的应用，重点讨论了多孔材料作为铀吸附剂的吸附性能与吸附机理，同时也对相关材料的工业化应用前景进行了展望。
图片摘要
可用于海水提铀技术的主要材料
正文
铀元素在海水中的主要存在形式是碳酸铀酰阴离子 [UO2(CO3)34-]，而与吸附剂结合的铀大多以单独的铀酰离子 [UO22+] 的形式存在。由于海水中铀浓度极低且存在大量干扰离子，用于海水提铀的材料必须满足以下几点。1) 具有足够多的吸附位点；2) 吸附位点与铀酰离子具有足够强的结合能力；3) 具有足够的比表面积；4) 具有足够高的稳定性。满足这些条件的材料主要有聚合物、纤维、介孔碳材料、共价有机骨架（COFs）、金属有机骨架（MOFs）、多孔芳香骨架（PAFs）等。根据结构与性质的不同，材料对铀酰离子的吸附方式以及吸附机理也不尽相同，主要包括化学吸附与外加场辅助吸附（光催化吸附、电催化吸附）两类。
文章首先综述了化学吸附在海水提铀中的应用。从吸附剂的结构出发，梳理了海水提铀吸附剂的发展历程，对非孔吸附剂（纤维、聚合物、生物质吸附剂）、传统多孔吸附剂（介孔碳等）以及新型多孔吸附剂（COFs、MOFs、PAFs等）进行了分类介绍。然后文章介绍了两种外场辅助的铀吸附类型——光催化吸附和电催化吸附。相比传统的物理/化学吸附过程，光电催化吸附有效提高了材料对铀酰离子的吸附速率与吸附量。
总结与展望
得益于其较大的比表面积，多孔材料对众多物质，尤其是重金属离子具有优异的吸附能力。这也使多孔材料在海水提铀中的应用越来越广泛。本文对用于海水提铀的多孔材料的结构、性质以及吸附机理进行了总结，并对相关材料与技术的工业化进程进行了评估。通过总结多孔材料的优缺点以及现有技术的发展状况，分析了当前海水提铀技术存在的挑战，并对其未来发展前景进行了展望。未来多孔材料也将在海水提铀中发挥更为重要的作用。
本工作由国家自然科学基金项目（No. 22322501）、中央高校基本科研基金（2412020ZD008, GFPY202309）、国家优秀青年科学基金（2412023YQ001）以及中国核工业集团有限公司海水提铀重点实验室（KLUES202202）共同资助。
通讯作者介绍
元野，理学博士，东北师范大学化学学院教授，博士生导师。国家优秀青年基金获得者。主要从事多孔芳香骨架材料对目标物的提取与分离研究。针对海水提铀这一国际难题，提出了多基团协同吸附位点和电场驱动离子传输模式，实现了高选择性、快速率、高容量的铀元素提取。近年来累计发表SCI期刊论文60余篇。曾获吉林省科学技术奖自然科学奖一等奖。
*本文由作者提供，CS编辑部整理排版。
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