DOI: 10.1016/j.cej.2023.142844

为了满足日益增长的能源需求，开发具有抗生物污染性能的高效海水提铀吸附剂是极具吸引力的。然而，传统的纤维吸附剂仍然面临着结合能弱、官能团密度低、防污能力低等挑战。在此，受磷脂结构的启发，在电纺纳米纤维上创建了受生物启发的两性离子磷酸基团，以操纵与铀的亲和力和抗生物污染性能。此外，将超支化接枝反应与细直径的纤维结合应用，以显著提高官能团的可用密度。所构建的超支化两性离子磷酸基团功能化纳米纤维吸附剂（ZP-PAN纤维）在掺铀海水中表现出较高的分配系数kd（7.38×106mL/g）和较大的吸附容量（1294.0mg/g），超过了大多数报道的聚合物吸附剂。ZP-PAN纤维对竞争性阳离子也表现出良好的选择性和稳定的可重复使用性。由于其两性离子结构，ZP-PAN纤维对细菌和蛋白质具有良好的抗粘附能力。结果表明，ZP-PAN纤维能够有效地从天然海水中提取铀，与海水接触15天后，提取量为8.1mg/g。这项工作展示了一种纳米纤维材料的新型功能化选择，并为从海水中提取铀提供了一种有前景的吸附剂。

图1.超支化两性离子磷酸基团功能化电纺纳米纤维吸附剂（ZP-PAN纤维）的制备工艺示意图。

图2.（a,d）e-PAN纤维、（b,e）bPEI-PAN纤维和（c,f）ZP-PAN纤维的SEM图像。ZP-PAN纤维的TEM图像（g）及其相应的元素图谱（h）。

图3.（a）e-PAN纤维（I）、bPEI-PAN纤维（II）和ZP-PAN纤维（III）的FT-IR光谱。（b）bPEI-PAN纤维和ZP-PAN纤维的全扫描XPS光谱和（c）高分辨率N1s XPS光谱。（d）所得纤维的水接触角。

图4.（a）pH值对纤维吸附剂吸附铀的影响（C0=20.0mg/L，V/m=5.0L/g）。（b）U（VI）物种在不同pH下的分布图（通过Visual MINEQL，NIST数据库计算）。（c）铀吸附动力学（C0=80.0mg/L，V/m=4.0L/g）。（d）铀吸附等温线（C0=20.0-500.0mg/L，V/m=5.0L/g）。

图5.铀吸附后ZP-PAN纤维（U-ZP-PAN纤维）的XPS全扫描光谱（a）和高分辨率U4f光谱（b）。ZP-PAN和U-ZP-PAN纤维的O1s（c）、P2p（d）和N1s（e）的高分辨率XPS光谱。ZP-PAN纤维上铀的推测配位环境（f）。

图6.ZP-PAN纤维在掺铀海水中的铀吸附性能。（a）吸附动力学。（b）吸附等温线（C0=20.0-500.0mg/L，V/m=5.0L/g）。（c）铀和其他竞争金属离子的吸附选择性（V/m=66.7L/g）。（d）ZP-PAN纤维的可重复使用性（C0=5.0mg/L，V/m=4.0L/g）。（e）与其他报道的吸附剂的吸附性能比较。

图7.（a）菌落培养图片代表了对细菌的抗粘附能力。（b）从天然海水中提取铀的能力。（c）从天然海水中提取铀的性能比较。