鈾元素是核產業不可或缺的放射性戰略金屬資源，但我國陸地鈾儲量較為匱乏，大約90%的核燃料依賴進口。海水中鈾存量高達45億噸，是陸地鈾儲量的1000倍以上。在海水中提取鈾元素具有重要的研究價值和廣闊的應用前景。相對于傳統的化學沉淀、溶劑萃取及蒸發法，吸附法具有效率高、成本低、易操作、二次污染風險低等優點，但是海水鈾濃度極低（僅大約3 ppb），且背景鹽濃度高，競爭離子眾多，目前海水提鈾吸附劑存在吸附容量小、吸附速度快、制備成本偏高等問題。綠色低成本的高效、高選擇性吸附劑仍然是制約海水提取金屬技術發展的關鍵。
青島能源所李朝旭研究員帶領的仿生智能材料研究組，在生物質納米纖維綠色高效制備及其還原回收貴金屬方面的研究基礎上，發現室溫下氰乙基化改性纖維素，有助于纖維素內納米纖維的溶脹及高效剝離。進一步采用室溫氰乙基化方法改性木材，并進行偕胺肟化處理，發現木材微觀結構能在一定程度上得以保留，進而保持了木材原有機械性能，而木材次生壁主要以纖維素為主，在此過程中，纖維素納米纖維自行剝離并填充滿木材管包。填充有偕肟胺基納米纖維的木材對水體鈾酰離子表現出極高的特異性吸附能力（模擬水樣最高吸附量高達1277.5 mg g 1）。由于結構特殊，該改性木材可以實現高壓過濾提取水體鈾離子，6 Bar過濾壓力下通量達920 L m 2 h 1，濾液逐級進入木材管胞與納米纖維接觸，停留時間延長，可以實現>99%的鈾離子捕獲率（圖1）。該發現不僅推進了特種生物質納米纖維制備的產業化進程，也為水體提鈾技術的發展提供了一條綠色、高效新途徑。相關成果發表在近期的ACS Nano《美國化學會 納米》上，并申報專利CN202210931186.7。該團隊進一步撰寫綜述論文，總結了利用纖維素納米纖維、甲殼素納米纖維和蛋白質納米纖維等常見的生物納米纖維材料，提取水中高價值金屬離子（如Au、Ag、Li、Co、U、Sr等）的研究進展（Exploration, 2022, 20220050）。
上述研究獲得國家自然科學基金（Nos. 21474125, 22075307）、山東省人才計劃、山東省自然科學基金（Nos. ZR2020ZD33，ZR2021YQ40, ZR2020KE025）、中科院青島能源所/山東能源研究院科研創新基金（SEI I202143 & SEI I202131）等項目和計劃的經費支持。
圖1. 木材管胞內原位剝離制備和填充納米纖維過濾提取水體鈾離子及其應用展示。
Weihua Zhang, Chunlin Xu, Xinpeng Che, Ting Wang, Stefan Willf？r, Mingjie Li*, Chaoxu Li*, Encapsulating Amidoximated Nanofibrous Aerogels within Wood Cell Tracheids for Efficient Cascading Adsorption of Uranium Ions, ACS Nano, 2022, DOI: 10.1021/acsnano.2c06173.
