蘭州化物所核素高效膜分離研究獲進展

鈾是核電站的重要原料。而核電發展必然帶來鈾資源的消耗及大量含鈾放射性廢物的堆積。因此，發展簡單、有效的鈾分離提取技術，用于海水或放射性廢水中鈾資源的回收與利用具有重要意義。中國科學院蘭州化學物理研究所研究員邱洪燈課題組研制出一種類“磚泥結構”的BTC-MOF插層GO膜，實現了模擬放射性廢水和模擬海水中鈾的高選擇性分離提取（圖1）。 

　　該研究將不同金屬(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF材料插入到GO層間制備成膜，而后對膜材料進行形貌和結構表征（圖2），觀察到BTC-MOF材料被插入到GO層間。研究使用BTC-MOF插層GO膜對金屬離子K⁺、Cu²⁺和Fe³⁺進行分離條件優化和分離性能比較。結果顯示，不同MOF材料中心金屬位點的更換，導致MOF材料比表面積及孔徑的變化，因而不同金屬(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF插層GO膜的水通量、離子選擇性及透過效果存在一定差異。在最優條件下，使用不同金屬(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF插層GO膜對模擬核放射性廢液中的六種離子進行分離。實驗結果（圖3）顯示，Cu-BTC-MOF插層GO膜可實現Ce³⁺與UO₂²⁺的分離。Zn-BTC-MOF插層GO膜對Th⁴⁺和UO₂²⁺的分離因子可達25，而對模擬海水進行提鈾實驗發現UO₂²⁺與其他離子的分離因子呈現先增大后減小的趨勢，但分離因子均大于2。  

　　該研究為乏燃料后處理中性質相近的鑭系和錒系元素分離提供了高效分離的思路，且由于這種膜分離過程無相變、污染小、能耗低，可為海水提鈾提供新思路。近日，相關研究成果發表在Analytical Chemistry上。