Synergy of pyrophosphate and unsaturated nitrogen sites for efficient uranium recovery from concentrated nitric acid

铀酰 吸附 焦磷酸盐 化学 硝酸 抗辐射性 核燃料 放射化学 乏核燃料 核化学 无机化学 辐照 材料科学 有机化学 冶金 物理 核物理学
作者
Yaping Jian,Jiacheng Zhang,Xuewen Cao,Qin Peng,Jun Zhang,Xuefeng Tian,Jianfei Du,Yan Li,Yihui Yuan,Ning Wang
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:16 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-025-64316-y
摘要

Efficient recovery of uranium from spent nuclear fuel (SNF) reprocessing in ultra-acidic and radiation-intensive environments is critical for sustainable uranium resources management. However, traditional extractants exhibit instability and reduced uranium adsorption capacity under such harsh conditions. Here, we present a metal-free pyrophosphate-incorporated g-C₃N₄ polymer (PCNx) featuring unsaturated nitrogen sites and pyrophosphate groups for robust uranyl ion coordination. The inherent stability of g-C3N4 endows PCNx with high resistance to concentrated 12 M HNO3 and 500 kGy radiation. The optimal PCN1/3 achieves an uranium adsorption capacity of 75.3 mg g−1 in 12 M HNO3 and a high removal efficiency of 79.1% in a mixed ion solution, with a high distribution coefficient (Kd) of 18,964 mL g−1. This study demonstrates a promising proof-of-concept for designing functional polymers that efficiently recovers uranium from ultra-acidic and radiation-intensive conditions during SNF reprocessing. Uranium recovery from spent nuclear fuel reprocessing in ultra-acidic and radiation-intensive environments is challenging. Here, we present a pyrophosphate-g-C₃N₄ polymer with high resistance to HNO₃ and radiation, achieving a uranium adsorption capacity of 75.3 mg g−1 and 79.1% recovery efficiency.
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