近日，國家原子能機構核環境安全技術創新中心匙芳廷教授研究團隊在國際重要期刊《Chemical Engineering Journal》(中科院一區，影響因子13.4)上發表了題為“Regulation of chain conformation and synergistic effect of auxiliary groups towards polyamidoxime for highly efficient uranium extraction from seawater”的研究論文。碩士研究生彭豪為論文第一作者，匙芳廷教授、李嘯宇和呂麗娜博士為共同通訊作者，西南科技大學為第一成果單位及通訊單位。
【研究背景】
海水提鈾技術對核能的可持續發展意義重大。就目前而言，偕胺肟基聚合物是最具有工業應用前景的海水提鈾材料;但大多數聚合物吸附劑存在的明顯缺點就是偕胺肟基團的利用率太低。一些研究報道指出，疏水性的聚合物分子鏈在水中具有塌縮的構象，分子鏈上的偕胺肟基團大多被包埋無法與鈾酰離子有效結合。所以，研究海水中的復雜離子環境對聚合物鏈構象的影響和開發有效調控聚合物鏈構象的方案是十分必要的。
【主要內容】
本研究通過水熱法制備了具有-COOH、-HSO3和-H2PO3親水性輔助基團的吸附劑PAO-AGM、PAO-AMS和PAO-AMP。從三個尺度分析了改性后鈾吸附能力提升的內在機理：首先，利用接觸角與溶脹性測試說明3種基團的引入顯著提升了PAO吸附劑的親水性和溶脹性，增加了吸附劑整體的水通量。隨后，通過小角X射線散射與分子動力學方法在分子鏈水平上研究了各吸附劑在含有不同離子的鈾溶液中的鏈構象行為，結合對應條件下的鈾吸附實驗結果，闡述了鏈構象與鈾吸附效果之間的關系。最終結合X射線光電子能譜與密度泛函計算，在分子尺度上研究了鈾酰離子結合過程中偕胺肟基團與-COOH、-HSO3、-H2PO3所起到的作用，3種輔助基團同偕胺肟基團形成協同效應以增強鈾吸附能力。相比原始的PAO吸附劑，PAO-AMP在20 ppm的鈾溶液中的鈾吸附量增加了2.3倍。綜上，本研究為設計更高效的海水提鈾吸附劑提供了一個相對全面的策略，尤其是鏈構象調控與協同效應構建的方案。
圖1 親水改性以增強鈾吸附能力的三重機理示意圖
該研究工作得到國家自然基金委和四川省科技廳項目資助。
