18972铀酰离子在静电纺丝上的电析出(2)
“21世纪是海洋的世纪”。海水中蕴藏着大量的铀资源，据估算储量为46亿吨−意着倘若提取一半，即可满足6500年的铀使用量；但浓度仅为3 ppb (par-per-billion，十亿分之一)。鉴于铀矿产资源已成为各应用核能的国家重要的战略储备资源，国际铀矿石市场交易价格持续高位。在此背景之下，研究开发海水提铀的综合利用技术被列入国家“十二五”战略规划之一。另一方面，由于核燃料的放射性特征，在开采、提炼、制造、处理的整个燃料循环过程中都会产生含有放射性物质的废弃物。海水中的放射性核素具有食品链富集性和生物难降解两大特性，且不可逆转，这导致船用核动力装置和沿海核电厂排放的放射性核素极易污染海洋生态环境、破坏沿海人居安全，如近年发生在日本近海的地震海啸，引发了日本的福岛核电站事故，浪费了珍贵而稀少的矿产资源。2011年04月我国首个获得国务院正式批复“十二五”专项规划《重金属污染综合防治“十二五”规划》明确将包括放射性核素在内的重金属污染防治作为重要目标，可见核能的开发利用必须解决乏燃料的排放控制、存放处置，特别是核安全监测与防护问题。
1.2 海水提铀技术的发展
目前，各国针对含铀废水处理与海水中提取铀所采取的主要技术手段包括：(1)中和沉淀法，使游离的放射性铀转化为难溶的重铀酸盐或UO4•xH2O结晶，继而沉降、富集和分离[1]；(2)离子交换法，类似于沉淀法的原理，通过强碱性阴离子交换树脂将实际水体中的各种阴离子用氢氧根替换，从而使铀离子形成难溶于水的沉淀[2]；(3)萃取法，基于两亲性化合物的离子强度调节和相转移性质，通过其与铀元素或其他离子的络合实现原均相水体的相分离，按照铀离子在两相中的迁移方向，进一步分为萃取剂，如二(2−乙基己基)磷酸−三烷基氧膦[3]，和反萃取剂，如碳酸铵结晶[4]。上述基于化学反应的方法须向实际环境中引入人工合成的添加剂，成本高、不易降解，容易造成水体的二次污染或富营养化，而且随洋流扩散，导致转化率低、回收通量小，故较适于实验室规模采样分析。近年来，美日等核工业先进国家争相改造海水提铀系统，提出了一系列基于物理吸附原理的回收提取新思路。该方法主要通过偕胺肟基与铀酰离子形成螯合物和分子间的包络，通过合成偕胺肟基修饰的无纺布、纤文或高分子小球，并加工成相互堆叠、串联的富集膜链，实现对海水中铀酰离子的大面积包埋和原位提取。例如，144垛、每垛120张的无纺布，可提取铀1083 g 。该技术所用材料造价低廉并对环境友好，可直接下挂沿海核电站，并可通过铀的洗脱回收实现再利用或完全灰化、天然降解。缺点在于被动吸附，需长期静置于海水中(450天)，才能达到可观的收益；而且无法动态监测铀污染的治理效果或提取量，功能单一，因此依旧不能完全满足海洋放射性核素综合利用的要求。
伴随纳米技术的发展成熟，具有高表面能、优良力学性能、低廉制造成本和可控物化性质的高活性纳米纤文已在食品加工、生物医药工程、燃料电池、轻工纺织等领域获得了广泛应用。它是一种有两文处于纳米尺度的线(管)状材料，形貌主要包括纳米管、纳米带、纳米丝、纳米线和纳米电缆。静电纺丝是一种制备纳米纤文比较好的技术：当聚合物溶液处于电场中时，电场力会将溶液急速拉伸，此时溶剂也在快速蒸发中，并且高速剪切力和凝固力会阻止高分子链的松弛状态回归平衡结构，从而得到一种基于分子水平定向尺度在纳米范围内的纳米纤文，该纤文的内在构型和结晶度不同于通过溶剂浇注或常规喷丝过程所得到的纤文。同时，变化制备条件，包括纺丝溶液的浓度、溶液粘度、溶液电导率，以及纺丝条件如电场强度、喷头的内径、液体流速等，可以制备形态结构不同的纳米纤文，因而可通过设计聚合组分和电纺参数满足各种性能要求，因此已经广泛应用于天然与合成高聚物的制备。进一步给予电纺过程或电纺后修饰能够形成具备复合功能的杂化工程材料，可提升纳米纤文在生化防护、气体分离、分子传感、组织工程等诸多领域中的潜在应用价值。
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