西北研究院兰州油气资源研究中心在光催化还原铀研究方面取得系列成果

       铀是重要的军民两用战略资源，是核工业中涉及最广泛的元素之一。然而，陆地铀矿资源储量有限，且分布不均。自上世纪50年代以来，海水提铀引起了广泛的关注。然而传统的海水提铀方法如吸附法目前仍具有一定的不足。针对这一问题，西北研究院油气中心范桥辉课题组率先提出并验证了利用光催化方法进行海水中铀的分离和提取，近期取得了系列研究成果并在国际主流期刊发表。

        西北研究院油气中心研究团队证实了光催化方法能够快速、高效分离和提取水体中的铀，实验结果表明二氧化钛（金红石）对水体中的铀具有极高的提取容量（~3.96 g/g）。所提取铀的淋洗、回收方法简便、高效、绿色且易实现（水体中铀分离和提取的技术路线如图1所示）。结合同步辐射X射线吸收精细结构（XAFS）和光电子能谱（XPS）等技术，阐明了二氧化钛光催化分离、提取水体中铀的分子机制。结果表明在光催化过程中，水体中的六价铀被还原为四价，以UO2形式赋存于催化剂（二氧化钛）表面。

        为了提高对可见光的利用效率，研究团队进一步利用石墨相氮化碳（g-C3N4）作为光催化剂，通过在g-C3N4表面引入介孔，进而大幅提升了g-C3N4的光催化性能，在可见光驱动下可高效、高选择性地分离、提取水体中的铀（如图2所示）。上述研究表明，光催化方法为海水提铀提供了新的思路和方法。此外，这一方法在含铀废水处理中同样具有广阔的应用前景。

       相关研究成果相继在国际期刊发表：（1）Li et al., Journal of Photochemistry and Photobiology C: Photochemistry Reviews, 2019, 41: 10032,（2）Li et al., Chemical Engineering Journal, 2019, 365: 231-241,（3）Li et al., Applied Surface Science, 2019, 483: 670–676,（4）Wang et al., Chemical Engineering Journal, DOI; 10.1016/j.cej.2019.123193。论文第一作者为李平助理研究员、王晶晶博士，通讯作者为范桥辉研究员。

        上述研究获得国家自然科学基金（21601169, 21601179, 41573128, 21876172, U1732132）、西部之光、甘肃省自然科学基金（17JR5RA309）及甘肃省油气重点实验室项目（No. 1309RTSA041）等项目的资助。

论文链接：

（1）https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/pii/S1389556719300784

（2）https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/pii/S138589471930230X

（3）https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/pii/S0169433219309699

（4）https://sciencedirect.xilesou.top/science/article/pii/S1385894719326051

图1 TiO2光催化法进行海水提铀技术路线

图2 介孔氮化碳光催化还原铀过程示意图