韦克钢
（江西铜业技术研究院有限公司，江西 南昌 330500）
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①韦克钢. 胺基功能化介孔硅材料对铀（VI）的吸附及机理研究[J]. 铜业工程,2024(4):105-112.
②WEI Kegang.Amine-functionalized mesoporous silica materials for uranium（VI）[J]. Copper Engineering, 2024(4):105-112.
doi: 10.3969/j.issn.1009-3842.2024.04.012
本研究探讨了胺基功能化介孔硅材料（AFPS）对水体中铀（VI）的吸附性能及其吸附机理。通过合成8种具有不同孔径和胺基功能团（APTES和AEPTES）的AFPS，评估了这些材料在不同pH条件下对铀（VI）的吸附效果。实验结果显示，在pH值约为5.5的条件下，AFPS对铀（VI）的吸附效率最高。孔径分析表明，AEPTES功能团的最佳孔径为4.1 nm，而APTES功能团的最佳孔径为2.7 nm。吸附机理研究表明，胺基通过与水合铀酰分子团表面的羟基（OH-）结合，实现了对铀（VI）的有效吸附。本研究不仅为理解AFPS吸附铀（VI）的机制提供了科学依据，也为开发新型高效吸附材料提供了理论支持和研究方向。
在地壳中，铀是一种具有放射性和毒性的重金属元素，其丰度约为2.8 mg/kg，这一数值显著高于其他多种重金属，例如银（7.9×10-2 mg/kg）、汞（6.7×10-2 mg/kg）、铂（3.7×10-2 mg/kg）以及金（3.1×10-3 mg/kg）。在自然环境中，铀易氧化，通常以具有良好迁移性的U（VI）存在于地表水或浅层水体中。由于这一特性，铀能够在土壤、岩石和地下水等多种人类活动环境中迅速累积，对生态环境构成潜在威胁。已有研究显示，有些地区居民的尿液和头发样本中铀含量较高；有些地区的土壤-植物系统中铀浓度介于4.1~206.9 mg/kg之间；有些河流流域的地表样本中铀浓度介于0.55~12.05 mg/L之间。这些研究结果均表明铀含量超出了世界卫生组织（WHO）建议的饮用水中最大铀含量标准（0.03 mg/L），可能对当地居民的健康造成影响。
核电是一种技术成熟且相对清洁的能源形式。相较于火力发电，核电不排放二氧化硫、烟尘、氮氧化物和二氧化碳等大气污染物，具有较低的资源消耗、较小的环境影响以及较强的能源保障能力。铀作为核电产业的关键燃料，其回收技术受到广泛关注。目前，水体中的微量铀主要通过吸附和离子交换去除并进行后续回收。其中，以胺基为功能团的铀吸附法因吸附效率高、操作简便、成本低、环境适应性好等优势，成为微量铀去除材料开发的重点。在众多吸附材料中，硅基介孔材料因其环保性、经济性和稳定性优于有机材料、二氧化钛材料以及金属-有机骨架（MOFs）材料而备受关注；胺基则因显著的吸附效果和低环境毒性而受到青睐。因此，胺基功能化介孔硅材料在铀吸附领域的研究成为当前的热点。
图1 胺基功能化介孔硅的合成路径
图2 胺基功能化介孔硅的SEM图像
图3 胺基功能化介孔硅的13C核磁共振图谱
图5 胺基功能化介孔硅的表面基团在不同溶液pH环境下的存在状态
图6 U（VI）在不同溶液pH环境中的存在形态
图7 胺基功能化介孔硅在不同pH条件下的最大U（VI）吸量
图8 使用改良的Langmuir吸附模型拟合实验数据
先前的研究表明，胺基功能化介孔硅（AFPS）具有良好的循环使用寿命，但其表面特性对U（VI）吸附性能的具体影响尚需深入探究。为了实现这一研究目标，本研究成功合成了8种具有不同表面特性的AFPS，并通过实验研究了这些材料在不同溶液条件下对U（VI）的吸附效能。研究结果揭示了硅基材料表面活性硅氧基团在U（VI）吸附中的低效性。然而，通过将这些活性基团改性为胺基，显著增强了硅基材料对U（VI）的吸附能力，尤其在pH值约为6时达到了吸附效率的峰值。
《铜业工程》创刊于1984年，由江西铜业集团有限公司主管主办，是我国铜工业领域全面反映铜产业链技术进步和金属材料科技创新的双月刊。中国工程院外籍院士、加拿大工程院院士、加拿大皇家科学院院士徐政和为期刊特约主编。期刊为《有色金属领域高质量科技期刊分级目录（2023）》T3级别，同时被美国《化学文摘》、俄罗斯《文摘杂志》《中国核心期刊（遴选）数据库》《万方数据库》《维普中文科技期刊数据库》等国内外检索数据库平台收录。本刊主要刊登铜、铅锌、稀有金属、贵金属等有色金属在采选、冶金、加工、环保、分析测试等方面的最新科研成果及应用，以及有色金属领域产业数字化、“双碳”战略推进等研究论文和综述文章。
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