Interlayer manipulation of bio-inspired Ti3C2Tx nanocontainer through intercalation of amino acid molecules to dramatically boosting uranyl hijacking capability from seawater

铀酰 插层(化学) Boosting(机器学习) 分子 化学 海水 组合化学 化学工程 无机化学 计算机科学 有机化学 工程类 离子 地质学 海洋学 机器学习
作者
Chang Liu,Ye Li,Lei Miao,Dongxue Liu,Bolin Li,Chengbin Fu,Junpeng Guo
出处
期刊:Journal of Hazardous Materials [Elsevier BV]
卷期号:469: 134002-134002 被引量:6
标识
DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134002
摘要

More than 4.5 billion tons of unconventional uranium resources [UO2(CO3)3]4- are uniformly dissolved in seawater, providing a sustainable and abundant fuel source for the development of nuclear energy. Herein, we presented a rational design and development of Ti3C2Tx nanocontainer inspired by the exceptional selectivity and affinity exhibited by superb-uranyl proteins through amino acid intercalation. The amino acid intercalation of Ti3C2Tx demonstrated exceptional UO22+ capture capacity (Arg-Ti3C2Tx, His-Ti3C2Tx, and Lys-Ti3C2Tx with qmax values of 594.46, 846.04, and 1030.17 mg/g). Furthermore, these intercalated materials exhibited remarkable sequestration efficiency and selectivity (Uinitial = ∼45.2 ∼7636 μg/L; ∼84.45% ∼98.08%; and ∼2.72 ×104 ∼1.28 ×105 KdU value), despite the presence of an overwhelming surplus of Na+, Ca2+, Mg2+, and Co2+ ions. Significantly, even in the 0.3 M NaHCO3 solution and surpassing 103-fold of the Na3VO4 system, the adsorption efficiency of Lys-Ti3C2Tx still achieved a remarkable 63.73% and 65.05%. Moreover, the Lys-Ti3C2Tx can extract ∼30.23 ∼8664.03 μg/g uranium after 24 h contact in ∼13.3 ∼5000 μg/L concentration from uranium-spiked natural seawater. The mechanism analysis revealed that the high binding capability can be attributed to the chelation of carboxyl and amino groups with uranyl ions. This innovative state-of-the-art approach in regulating uranium harvesting capability through intercalation of amino acid molecules provides novel insights for extracting uranium from seawater.
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