能源的可持续发展是人类面临的最重要的科学技术难题之一。随着煤和石油等化石燃料的消耗,环境问题和全球人口增长的压力将增加人们对清洁能源的需求和开发。核能由于其高效、清洁性,很有可能成为新一代的主要能源。其中,铀元素是目前最重要的核燃料,1千克铀裂变产生的能量相当于完全燃烧270万千克煤完全燃烧产生的能量。因此寻找新的铀资源已经是一个亟待解决的问题。而海水中的铀含量很大,约4.5亿吨,是陆地铀储量的1000倍。若能将海水中铀酰离子有效分离,对于保证未来铀资源的供应具有重要的战略意义。因此,科研人员不断致力于海水提铀的新方法、新材料的研究。但是在海水提铀方面仍存在着很多挑战,如海水中的铀浓度很低(3.3 ppb),吸附速率通常较慢;同时海水中还存在着大量的共存离子(如Na+,K+,Ca2+,Mg2+,Fe3+,Zn2+,Ni2+,Cu2+,Pb2+等),吸附选择性较差。本论文针对这两个问题,提出利用配体和电荷的协同作用原理,期望制备出对铀元素有很好的亲和力及选择性的吸附材料。本论文的具体研究如下:(1)偕胺肟基功能化聚离子液体微球用于海水中铀元素的富集利用可逆加成-断裂-链转移(RAFT)聚合方法合成了聚乙烯基咪唑和聚苯乙烯的嵌段共聚物,然后通过溴代烷基腈对聚乙烯基咪唑离子化,腈基再与羟胺反应生成偕胺肟基,从而得到偕胺肟基功能化聚离子液体大分子表面活性剂。随后用这种表面活性剂进行苯乙烯/二乙烯基苯的乳液聚合,制备了同时带有正电荷和配体表面修饰的高分子微球,微球粒径及表面电荷的量可以通过表面活性剂的量进行调控。鉴于海水中铀酰离子的存在形式主要是铀酰碳酸根负离子,本研究主要考察了微球用于水溶液中铀酰碳酸根负离子的吸附研究。微球的吸附能力与聚离子液体的链段长度相关:链段越长,吸附容量越大。微球表面的电荷对吸附过程产生了很大的影响,不仅使吸附过程加速,而且增加了吸附过程的选择性:微球的偕胺肟基团与正电荷距离越小,其对铀的选择性越好。且相较于不带电荷的微球而言,其吸附速率大大提高。这可能是因为铀酰负离子团被库仑力吸引过来与邻近的偕胺肟基团发生配体交换,而溶液中存在的其他正离子则被正电荷排斥。研究发现约36%的铀元素是通过静电作用进行吸附,64%的铀元素是通过配体交换络合吸附。本研究可能为海水提铀提供了一种新的思路。(2)阳离子基磷酸酯功能化介孔硅材料用于溶液中铀酰离子吸附研究利用含叠氮基的介孔硅(SBA-15)先后进行“点击”反应和阿布佐夫反应制得磷酸酯改性的介孔材料,再通过离子化反应制备同时带有电荷和磷酸酯配体的介孔硅材料。本研究考察了这种新型的介孔材料从溶液中有效去除铀酰碳酸负离子的可能性。首先研究了p H、吸附剂用量等因素对材料吸附性能的影响。结果表明,吸附剂最适p H值为7.0,最佳投料比为1.0 g/L,在10-5 mol/L的铀酰溶液中其吸附效率可达95%以上。同时发现材料表面电荷对吸附过程具有明显的影响:吸附平衡时间大大缩短,在p H 7.0,10-5 mol/L的铀酰溶液中吸附平衡时间为240秒,远远快于已报道过的类似材料;对铀的吸附选择性提高,且表面官能团密度越高对铀酰的选择性越好。吸附剂还可以通过1.0 mol/L HCl来进行再生,5次循环以后吸附效率基本保持不变,表现出很好的重复利用性。该研究利用电荷作用来提高磷酸酯配体的选择性,为高性能吸附材料的制备提供了一个新的途径。