偕胺肟修饰的纳米纤维制备与其对水相中铀的吸附(2)
铀是一种天然元素，在岩石、土壤、水中都有少量资源。地壳中的铀含量是比较高的，平均含量约为百万分之2到4，即平均每一吨地壳物质含有铀约2-4克。土壤中铀的含量为百万分之0.7到11。而海水中的铀含量相对较低为十亿分之3，即每一吨海水平均只有3毫克铀[2]。但由于海水的总量较高，海水中铀的总含量约4.5×109 吨，且从海水中提取铀比从岩石中提取更加的方便，现在更多的铀矿资源缺乏国家都在致力于探索海水提铀的方法。20世纪80年代，用离子交换法从海水中提取铀元素被日本科学家[3]证实在技术上是可实现的。2012年，有美国研究人员研发出一种名为HiCap的吸附剂[4]，其能够更好的保留气体或固体分子、离子和原子，对铀的提取是过去的5至7倍[5]。
1.2 水中提取铀的发展历史
1.2.1 提取方法
从长远的角度来看，陆地上所存在的资源终究是有限的，向海洋要矿成为了开矿新途径。近几年，越来越多的科学家开始了从海洋提铀的研究，国外取得的新方法有一下这些：
1.吸附法：吸附分离是一种常见的自然现象，广泛的应用于化学、生物的分离中，吸附法的关键在于吸附剂，日本东京大学的小夫家劳明[6]认为从海水中提取铀的吸附剂应该具有以下特点：（1）平衡吸附量大；（2）吸附速率快；（3）对铀酰离子的选择性高；（4）容易快速的脱附；（5）化学生物性能稳定；（6）处理装置尽可能廉价；（7）形状及与大量海水的接触方式符合海水提铀的要求。他曾经研究了用钛酸等吸附铀的方法，还曾研究出一种切合物叫做大环状乙酮[7]。
2.石灰法：该方法是利用海水中高含量的镁与石灰进行反应形成氢氧化钠和氢氧化镁沉淀物，再通过离子交换得到高纯度的氢氧化铀。
3.生物处理法：有科学家发现现行的工业技术提铀的困难在一些海洋生物去成了一种简单的事情。德国、日本、美国[8、9、10]相继有科学家发现一些海洋生物多铀具有富集能力，其中有一种叫做绿脓杆菌的微生物对铀的吸附含量在50ppb-50ppm，这使得部分科学家提议建立海洋农场。
4.超导磁分离法：其原理是利用超导磁体的超强磁场及磁介质梯度产生磁场力，使海水中的不同成分按照离子结构的不同，在磁场中获得不同的运动轨迹，从而提取出铀。
除此之外还有很多有创意的提取方法还处于待研究状态。
1.2.2 吸附材料
目前，吸附法还是最常用的提取方法，各个国家都在研究更加有效经济实用的吸附剂，以下是一些常见的吸附材料：
1.有机类吸附剂：有机类主要有偕胺肟系列、磷酸系列、氨基酸系列，根据多年的研究偕胺肟类的化合物的吸附性能最好。偕胺肟类的吸附材料主要是通过C=N双键上的成键电子和C=N中的N原子的孤对电子与铀酰离子作用来进行吸附。
2.无机类吸附剂：无机类一般是碱土族或者跃迁金属元素化合物[12]，如水合氧化钛（HTO）、铝类化合物、锰的氧化物、碱式碳酸锌等，其中HTO是研究最多的。
3.其他无机吸附材料：一些天然岩石、胶体及粘土[14]都对铀有一定的吸附性能，特别是具有独特层状结构的某些粘土具有很好的吸附及离子交换能力。
4.其他吸附材料：例如无机有机复合的高分子材料和可再生循环使用的生物材料。
1.3 偕胺肟纳米纤文的合成
1.3.1 纳米纤文及其制造
纳米纤文是指直径在1nm到100nm之间且长度较大的有一定长径比的线性材料。纳米纤文因为其表面能增大而变得极不稳定，易与其他原子结合，活性较强，离子的声、光、电磁、热力学性质会有所改变，还可能改变其本身的超导或绝缘性能[11]。纳米纤文的应用也很广泛，可以植入织物表面，使其具有防水防油防污能力，还可以用于防范生化武器和有毒物质，此外还可以用于化工和医药等方面。