邱洪灯、李湛：核素高效膜分离研究取得新进展

relang

铀作为重要的战略元素，不仅用于核武器的生产，也是核电站的重要原料。然而核电的发展必然带来铀资源的消耗及大量含铀放射性废物的堆积。因此，发展简单、有效的铀分离提取技术，用于海水或放射性废水中铀资源的回收与利用具有重要意义。
　　中国科学院兰州化学物理研究所邱洪灯研究员课题组研制了一种类“砖泥结构”的BTC-MOF插层GO膜，成功实现了模拟放射性废水和模拟海水中铀的高选择性分离提取（图1）。

图1. BTC-MOF插层GO膜对铀分离提取

　　该工作将不同金属(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF材料插入到GO层间制备成膜，随后对膜材料进行了形貌和结构表征（图2），可观察到BTC-MOF材料被成功插入到GO层间。通过使用BTC-MOF插层GO膜对金属离子K+、Cu2+和Fe3+进行分离条件优化和分离性能比较。结果显示，不同MOF材料中心金属位点的更换，会造成MOF材料比表面积及孔径的变化，因此不同金属(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF插层GO膜的水通量、离子选择性及透过效果存在一定差异。在最优条件下，使用不同金属(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF插层GO膜对模拟核放射性废液中的六种离子进行分离。实验结果如图3所示，Cu-BTC-MOF插层GO膜可实现Ce3+与UO22+的分离。Zn-BTC-MOF插层GO膜对Th4+和UO22+的分离因子可高达25，通过对模拟海水进行提铀实验，发现UO22+与其它离子的分离因子呈现先增大后减小的趋势，但分离因子均大于2。

图2. 结构表征图

图3. 膜分离性能图

　　该研究工作不仅为乏燃料后处理中性质相近的镧系和锕系元素分离提供了一种高效分离思路，同时由于这种膜分离过程无相变、污染小、能耗低，可为海水提铀提供一种新思路。
　　以上最新成果近期发表在Analytical Chemistry上，刘天琦博士生为该论文第一作者，邱洪灯研究员和李湛研究员为共同通讯作者。


         文章来源：兰州化物所
      邱洪灯，男，博士，研究员，博士生导师，中科院“百人计划”获得者。目前已在Chem. Comm., Chem. Eur. J., Anal. Chem., Biosens. Bioelectron., Scientific Reports., J. Mater. Chem. B., J. Chromatogr. A等重要学术期刊上发表SCI论文60余篇，被引总数过千次，申请专利6件，论著2章。曾多次参加国际学术会议并做口头报告，在HPLC2012大会上应邀担任离子液体分会主席。现任甘肃省化学会青年工作委员会委员，甘肃省第九届色谱专业委员会委员，《分析测试技术与仪器》编委。
       李湛，男，中国科学院兰州化学物理研究所副研究员。研究领域为石墨烯多孔材料的新制备技术及其在毒性毒理、分离分析、疾病诊断等。主持国家自然基金面上/青年项目，西部青年学者A类，西部之光“博士项目”等。在Analytical Chemistry, Advanced Healthcare Materials，Food Chemistry等期刊发表论文50余篇