抗生物附着纳米复合纤维的功能化设计及其海水提铀长效性机制研究

Study on new functional material with good uranium adsorption performance is the key to realize the extraction engineering of uranium from seawater. Anti-biofouling is of great importance for enhancing uranium adsorption capacity and long-term effectiveness of uranium extraction, and has also become an important research direction in the field of uranium extraction in seawater. In this research, based on inherent properties and structural characteristics of nano-silver and mesoporous materials, and combined with nano-composite technology, surface functionalization and electrospinning technology, core-shell silver @ fibrous mesoporous silica nanocomplex will be first prepared, and then it is combined with polyacrylonitrile to form functional polyacrylonitrile nanocomposite fiber materials with "mosaic" structure. By using the synergistic effect of nano-silver and amidoxime groups on fiber surface, the controllable preparation of new long-term seawater extraction uranium material with anti-biofouling performances was realized. Through our research, functionalization and uranium adsorption reinforcement of the nanocomposite fiber materials can be clarified, and the novel method for preparethe special materials can be also obtained. From the point of view of theory and application, the study will be significative for the design and application of the new class of uranium extraction materials with high performances.

研究铀吸附性能良好的新型功能材料是实现海水提铀工程化的关键。具备抗生物附着性能对于增强海水提铀材料的铀吸附能力与使用长效性至关重要，已成为海水提铀领域的重要研究方向。本项目根据纳米银与介孔材料的固有性能和结构特点，结合纳米复合技术、表面功能化修饰和静电纺丝技术，先制备核壳型银@纤维状介孔二氧化硅纳米复合体，进而将其与聚丙烯腈复合生成具有“镶嵌”结构的功能化聚丙烯腈纳米复合纤维材料。其中，利用纳米银与纤维材料表面偕胺肟基团的有效协同作用，实现银@纤维状介孔二氧化硅/聚丙烯腈功能化复合纤维材料在海水提铀中的长效性。通过本项目的研究，可以明确此纳米复合纤维材料的功能化作用及其在海洋环境中铀吸附增强效果，并掌握此特殊材料的制备条件，为新型海水提铀材料的实际应用提供一种新的技术与方法。相关研究结果在本研究领域无论从基础研究还是应用的角度，都具有重要的科学和实际意义。

在本项目中，我们根据研究目标，完成了银@二氧化硅/聚丙烯腈功能化复合纤维材料的设计与制备过程，表征和评价了此功能化复合纤维材料在模拟和真实海水环境下的抗菌性能与铀吸附性能，并深入研究了材料的功能化与抗生物附着以及铀吸附行为之间的关系。而且，进一步拓展了抗菌提铀材料的类型，初步设计制备了载锌多孔偕胺肟化聚丙烯腈微胶囊树脂，并考察其抗菌与海水提铀性能。其中，从海水提铀材料的有效性出发，利用偕胺肟基功能化方法，先后制备了偕胺肟化Ag@SiO2核壳纳米粒子、偕胺肟化聚丙烯腈纤维、载银偕胺肟化聚丙烯腈纳米纤维、多孔偕胺肟化聚丙烯腈颗粒、载锌多孔偕胺肟化聚丙烯腈微胶囊树脂等多种不同类型的海水提铀功能化材料，较为全面的评价了其在模拟和真实海水中的铀吸附能力与抗菌能力，探索了材料微结构、组成、抗菌剂负载量与铀吸附行为之间的相关性。相应研究成果可以为具有海洋环境适应性的高吸附、抗生物附着、长效性新型海水提铀材料的结构与性能找出规律性，也可为发展新型海水提铀材料提供了较好的借鉴作用。另外，在此项目的研究基础上，我们将瞄准工程应用需求，继续进一步深入研究相关新型功能化复合材料在海水提铀方面的设计、制备、功能和机理。