铀作为重要的战略元素，不仅用于核武器的生产，也是核电站的重要原料。然而核电的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邱洪灯研究员课题组研制了一种类“砖泥结构”的BTC-MOF插层GO膜，成功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）。

图1. BTC-MOF插层GO膜对铀分离提取

 

该工作将不同金属(Zn/Ni/Cu)-BTC-MOF材料插入到GO层间制备成膜，随后对膜材料进行了形貌和结构表征（图2），可观察到BTC-MOF材料被成功插入到GO层间。通过使用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，会造成MOF材料比表面积及孔径的变化，因此不同金属(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。实验结果如图3所示，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⁺的分离因子可高达25，通过对模拟海水进行提铀实验，发现UO₂²⁺与其它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。

图2. 结构表征图

图3. 膜分离性能图

    该研究工作不仅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一种高效分离思路，同时由于这种膜分离过程无相变、污染小、能耗低，可为海水提铀提供一种新思路。

    以上最新成果近期发表在Analytical Chemistry上，刘天琦博士生为该论文第一作者，邱洪灯研究员和李湛研究员为共同通讯作者。