兰州化物所核素高效膜分离研究获进展

铀是核电站的重要原料。而核电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研究员邱洪灯课题组研制出一种类“砖泥结构”的BTC-MOF插层GO膜，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）。 

　　该研究将不同金属(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF材料插入到GO层间制备成膜，而后对膜材料进行形貌和结构表征（图2），观察到BTC-MOF材料被插入到GO层间。研究使用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，导致MOF材料比表面积及孔径的变化，因而不同金属(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（图3）显示，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⁺的分离因子可达25，而对模拟海水进行提铀实验发现UO₂²⁺与其他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。  

　　该研究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高效分离的思路，且由于这种膜分离过程无相变、污染小、能耗低，可为海水提铀提供新思路。近日，相关研究成果发表在Analytical Chemistry上。