麻省理工学院李巨等AM：厉害了，功能石墨烯泡沫电极用来提取铀！
文章来源：高分子科学前沿 更新时间：2021-08-05 14:33:52
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核能是解决全球能源问题的一种众所周知的方法，它具有高能量密度和低温室气体排放。全世界有442座核电站，另有60座新的核电站正在建设中。大多数核裂变反应堆使用铀（U）作为裂变燃料。铀在放射性副产品和具有长期放射性的乏核燃料中也占很大比例。根据环境保护署（EPA），饮用水中铀浓度超过0.03 mg L−1（30 ppb）可导致严重的健康影响，如肾损害、癌症风险和神经行为改变。因此，从采矿和污染水溶液中有效提取铀对环境和公共健康以及铀资源的再利用至关重要。
在此，美国麻省理工学院李巨教授、Wang Chao 博士报道了一种从水溶液中提取铀的原位电解沉积方法。在这里，功能化还原氧化石墨烯泡沫(3D-FrGOF)用作工作电极，它既充当析氢反应（HER）催化剂又充当铀沉积基材。实验显示，U(VI)离子与3D-FrGOF在不饱和的情况下实现了4560 mg g-1的比电解沉积容量，库仑效率可达54%。此外，成功地将加标海水中的铀浓度从3 ppm降低到19.9 ppb，低于美国环境保护署对饮用水的铀限制(30 ppb)。另外，通过在具有反向偏压的第二个浴槽中喷射到 2000 ppm 的浓缩铀溶液中，收集电极可以有效地再生和循环至少 9 次而不会出现太多的效率衰减。所有这些发现为使用自支撑3D-FrGOF电极作为水处理的先进分离技术开辟了新的机会。
文章亮点：
1. 使用3D-FrGOF电极可以受益于其大表面积和灵活的功能化，这可以促进 HER和铀沉积。此外，3D-FrGOF具有良好的导电性，可以直接作为自支撑电极。
2. 这种原位电解沉积方法简单、高效、清洁；不会引入额外的化学污染。
3. 该电极最重要的方面是具有重复使用性：即，当电极电压反转时，沉积在泡沫中的铀可以喷射到比原始废水浓度高40倍的溶液中。作者已经证明，在前七个循环期间，溶液中的铀提取能力没有衰减。
图1 铀的电解沉积过程示意图及3D-FrGOF的表征
图2 不同条件下的萃取性能
图3 3D-FrGOF提取铀污染溶液前后的表征 |
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