核能作为一种绿色、经济的能源，在全球能源供应中发挥着重要作用。从海水中提取铀是利用非常规铀资源、确保核工业可持续性的一项极具前景的战略。然而，目前的铀吸收剂仍然存在提取时间长、吸附能力低和选择性差的问题。

近期，山东大学王志宁教授团队制备了一种具有三维多孔结构的偕胺肟功能化纤维素纳米纤维/MXene气凝胶（MCA），用于通过电/物理化学吸附从海水中高效提取铀。在物理化学吸附过程中，丰富的多孔结构和官能团使MCA具有515.46mg/g的高吸附能力。此外，28天后，MCA从天然海水中吸附了13.82mg/g的铀，对铀酰离子具有优异的选择性。令人鼓舞的是，在电场的辅助下，提铀性能得以显著提高。施加1.0V的电压时，MCA的提取能力提高到1826.38mg/g，吸附动力学加快。同时，经过5次吸附-解吸循环后，MCA电极具有良好的稳定性和84.30%的高重复使用率，可作为一种具有长期应用前景的铀吸附剂。总体而言，这项工作为高效电吸附剂的设计提供了一个通用范例，同时扩大了铀提取的外场强化范围。

图1.（a）MCA合成过程示意图。（b）CNFs、（c）CNFs-AO和（d,e）MCA的SEM图像。

图2.（a）CNFs、CNFs-AO和MCA的FT-IR光谱及（b）XPS光谱。（c）CNFs-AO和MCA的N1s XPS光谱，（d）CNFs、CNFs-AO和MCA的O1s XPS光谱。

图3.（a）纯碳纸和（b）MCA电极的SEM图像。（c）MCA在不同扫描速率下的CV曲线和（d）电容贡献率。（e）计算了不同扫描速率下MCA和MXene电极的比电容。（f）电极的奈奎斯特图（插图显示了MCA电极的EIS等效电路图）。

图4.（a）不同pH下MCA的铀吸附能力和（b）ζ电位。（c）施加电位对MCA的U（VI）吸附能力的影响（C0=200mg/L，pH=5.0，T=298K，T=4h）。（d,e）MCA的电吸附动力学。（f）MCA电吸附的Langmuir和Freundlich吸附等温线模型，以及（g）所报道的电极和吸附剂的U（VI）吸收比较。

图5.（a）不同洗脱剂在施加或不施加电场的情况下对洗脱性能的影响。（b）MCA电极在十个吸附-解吸循环中的可重复使用性。（c）真实海水中铀和共存离子的物理化学吸附能力（V=40L，mMCA=10mg）。（d）MCA在含铀海水中的电吸附和理化吸附性能。（e）MCA对模拟海水中不同金属离子的吸附容量和（f）分离系数。

图6.（a）MCA-U和解吸MCA的FT-IR和（b）XPS光谱。（c）MCA-U的U4f光谱和（d）O1s光谱。（e）铀吸附前后MCA的Ti2p光谱，以及（f）MCA的可能U（VI）吸附机理。

该工作以“Amidoxime-functionalized cellulose nanofibers/MXene aerogel for electric field enhanced uranium extraction from seawater”为题发表在《Chemical Engineering Journal》（DOI:10.1016/j.cej.2023.146563）上。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.146563