青岛能源所开发出海藻酸钠-DNA新型超高选择性海水提铀材料

青岛能源所开发出海藻酸钠-DNA新型超高选择性海水提铀材料

随着陆地铀资源的日益枯竭，从海水中提取铀已成为保障核能可持续发展的重要途径。中国科学院青岛生物能源与过程研究所近期开发出一种基于海藻酸钠和DNA的新型水凝胶微球材料，该材料展现出优异的铀选择性吸附性能，为海水提铀技术的发展带来了新的突破。

目前，陆地铀储量有限，而海洋中蕴藏着丰富的铀资源。因此，从海水中提取铀被视为保障核能满足工业发展需求的重要途径。然而，由于海水中铀的浓度极低且成分复杂，特别是受到钒离子的严重干扰，实现高效选择性吸附铀具有很大挑战。因此，设计和合成能够从海水中高效吸附铀的材料显得尤为重要。

中国科学院青岛生物能源与过程研究所绿色反应分离与过程强化技术中心的高级工程师法芸和研究员刘会洲，基于价格低廉的海藻酸钠（SA）和功能性DNA链，采用一步滴定-钙交联自组装法制备出具有半互穿网络结构的SA-DNA水凝胶微球。这种微球尺寸约为2毫米，内部含有大量微米级孔隙，不仅增强了传质效率，还充分暴露了活性位点。在25℃和pH=4.0的条件下，该微球的最大吸附容量可达189.5 mg/g。

研究发现，通过DNA作为选择性吸附位点，微球对铀酰离子（UO22+）的亲和力显著提高，且对铀的选择性是钒离子的43.6倍，实现了对铀酰离子的高选择性吸附。傅里叶变换红外光谱（FTIR）和X射线光电子能谱（XPS）分析表明，铀酰离子主要与DNA中磷酸二酯键的P原子和O原子配位，同时与微球上的羧基形成螯合结构。密度泛函理论（DFT）计算进一步证实了DNA与铀酰离子之间形成了涉及U和O的配位结构。

这种新型吸附剂具有环境友好、成本低廉、易于合成的特点，同时展现出优异的机械坚固性和可回收性。这一成果对于推动海水提铀材料的开发具有重要意义。此外，由于特定DNA具有识别各种金属离子的独特能力，这种基于DNA的吸附剂未来还有望用于从海水中回收其他有价值的金属离子。

相关研究成果以"SA-DNA hydrogel microspheres for Ultra-Selective uranyl (VI) extraction"为题，发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal）上。