21世纪以来，核能发展迅速，伴随着陆地铀矿开采量增加，因陆地铀矿开采逐渐困难，且将在百年内被开采殆尽[1]。而海水中约包含45亿吨铀，是陆地铀矿的1000多倍[2]，可以为核能发电提供一个经济有效的供应途径。因此，海水提铀相关技术对于核能事业的发展有着十分重要的意义。

海水提铀的主要挑战有3个，首先是海水中铀浓度极低，约为3.3 ug/L，其次是铀以一种稳定的UO2(CO3)34-形式溶于海水里，再次是存在大量的竞争离子[3]。目前用于海水提铀的方法主要有离子交换法、膜透析法、生物浓缩法、浮式离心法和吸附法等[4]。吸附法因具有操作简便，成本低廉等优点，被认为是最有潜力的海水提铀方法[5]。在吸附技术中，最重要的就是开发吸附性能优异并且稳定的吸附材料。目前，国内外科研人员已进行了多种吸附材料的研究与开发，包括金属有机框架材料(MOF)、水滑石材料(LDH)、生物质材料、氧化石墨烯基材料，改性纤维和改性树脂等[6]。但其中很多材料因体积为微米级，没有良好的负载方式会使其流失，因为无法用于实海环境。

树脂已被广泛应用于从废水中除去重金属[7]，其中，含氯树脂因其易于改性而被广泛应用[8]。聚乙烯亚胺(PEI)有良好的水稳定性和亲水性，且具有大量氨基和亚氨基，这些基团均具有配位能力，可以用于吸附[9]。本文所研究的PEI改性树脂微球材料是由含氯树脂和PEI经化学改性法合成制得。通过FT-IR和SEM等技术对制得的PEI改性树脂微球进行了结构分析与形貌表征。将PEI改性树脂微球浸于溶液中，采用循环震荡的方法使PEI改性树脂微球与铀溶液充分接触进行吸附，完成静态吸附实验。通过实验分析了铀溶液pH值、温度和铀浓度等因素对吸附过程的影响，并采用动力学方程、吸附等温方程等数学模型对各项吸附数据进行全面分析，探讨PEI改性树脂微球对铀的吸附类型。

结果表明，PEI改性树脂微球的饱和吸附容量为248.5 mg/g，并且对铀酰离子具有很好的选择性。上述研究表明PEI改性树脂微球材料是一种极具潜力的吸附剂材料，在海水提铀领域有着广阔的应用前景。

1 实验部分

1.1 试剂

聚乙烯亚胺(PEI)、含氯树脂、氢氧化钠、二甲苯、盐酸、酚酞指示剂、乙醇、硝酸铀酰、硝酸钠、硝酸钾、硝酸镁，均为分析纯，由市场购得后，未经进一步纯化直接使用。

1.2 PEI改性树脂微球的合成

将250mL二甲苯和5gPEI加入到500 mL三颈烧瓶中，用油浴锅加热至60 ℃，此时加入30 g含氯树脂，于搅拌回流状态下发硬4 h。反应结束，用漏斗过滤，用3×100 mL乙醇溶液洗涤反应产物，然后用去离子水将产物洗至无味。

PEI改性树脂微球胺基含量的测定：精确称取1 g功能化树脂，浸泡入100 mL 0.1 mol/L的盐酸溶液中2 h；用移液管移取上清液20 mL，加入酚酞指示剂，0.1 mol/L 氢氧化钠溶液滴定，根据公式(1)计算胺基含量：

式中：M为纤维胺基含量，单位mmol/g；C1为标准盐酸溶液浓度，单位mol/L；C2为标准氢氧化钠溶液浓度，单位mol/L；V2为消耗氢氧化钠的体积数，单位mL；m为树脂的质量，单位g。

测得PEI改性树脂微球的胺基含量为1.28 mmol/g。

1.3 测试与表征

采用美国Nicolet公司的Avater 370型傅立叶变换红外光谱仪对材料进行红外光谱测试，测试波长范围是4000-400cm-1；采用日本日立公司HitachiSU8000型扫描电子显微镜对材料的形貌特征进行观察及EDS测试；吸附实验中所涉及的溶液浓度，高浓度时，采用美国PerkinElmer公司生产的Optima-7000DV型电感耦合等离子体原子发射光谱仪(ICP-AES)进行含量测定(范围：1 mg/L-500 mg/L，浓度超过500 mg/L时稀释后再进行浓度测定)；低浓度时，文采用德国Bruker公司的Bruker 820-MS型电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS)对溶液中的铀含量进行测定(1 μg/L-500 μg/L，超过500 μg/L时稀释后测定准确浓度)。

1.4 吸附试验

本文实验所采用的吸附实验方法为封闭振荡平衡方法，通过机械震荡模拟海洋中海水冲击，震荡速度不低于150次/min。将一定质量的吸附剂与固定体积和浓度的溶液一起加入到干净并可密封的锥形瓶中，密封后在恒定温度下振荡一定时间。分析吸附后溶液中铀酰离子或其它金属离子的浓度，测得吸附前后溶液中阳离子浓度的变化。

精确称量4.220 g硝酸铀酰(UO2(NO3)2·6H2O)和1 m L浓度为1 M的硝酸溶液加入2 L的容量瓶中，用去离子水进行定容，并采用超声使溶质均匀分散。最终得到浓度为1000 mg/L的铀溶液，实验所需不同浓度的铀溶液，均使用该溶液按比例稀释配制。