能源是人类文明发展进步的基石,传统能源的消耗及其对环境带来的负面影响,促进了能源的转型与发展。新能源占全球能源输出的比重越来越大,其中,核能作为一种高效和清洁的能源受到了世界各国的关注。而铀作为核工业的基础资源之一,其开采和利用的需求也在逐年增加。铀矿是陆地上铀资源最主要的来源之一,目前,陆地上的已探测的铀矿资源有807.04万吨,难以维持核日增长得铀资源需求。此外,铀矿在采集、运输和排放时会产生大量的废水,远远超过水体中铀含量的安全范围,若不加处理直接排放,会直接污染附近流域。除此之外,核电站在使用过程中导致的核泄漏事故,也会对周围的水资源产生了极大的影响,严重危害人类健康和生态环境。从能源回收和环境保护两方面考虑,开发高效快速去除回收水中铀元素的技术具有非常重要的意义。吸附法因吸附剂材料丰富,可操作性强,被认为是目前去除和富集水体中铀元素的最佳方法之一。但是,吸附剂在实际应用过程中也往往会存在材料制备工艺复杂、吸附效果差、材料机械性差、回收困难和低选择性等问题。本论文利用增材制造技术的原理,分别以3D打印和静电纺丝为技术基础,制备了具有宏观结构的三维立体材料和膜型材料,同时构筑微观海绵结构以促进传质,实现高效快速吸附水体中的U(Ⅵ),为吸附法富集水体中的铀元素提供了一种新的思路。为克服吸附材料制备工艺复杂和回收利用难的问题,本论文以3D 打印技术为切入点,将粉末状聚丙烯偕胺肟(PAO)固定在3D打印树脂中,通过3D打印技术制备具有海绵仿生结构的多层骨架球体(3D-PAO)。研究3D-PAO的结构与性质,探索其在水体中的铀吸附性能及机理。为了实现对水体中铀含量实现快速有效的检测,本论文制备了高性能的琥珀酰-β-环糊精膜(CDM)并加工了相应的膜组件,使用可调节转速的齿轮泵对铀溶液进行连续自动化地过滤,在过滤的同时吸附水体中的U(Ⅵ),富集到膜表面的铀元素会释放α放射性粒子,通过α粒子探测仪捕获环境中α粒了并进行计算,即可以确定铀元素的含量。在研究CDM的吸附性能及机理的同时,首次建立α计数检测水体中的U(Ⅵ)浓度的方法。主要研究内容和结果包括:(1)3D-PAO 对 U(Ⅵ)的吸附以聚丙烯腈为原材料,在盐酸羟胺的作用下,将原材料表面的氰基肟化为偕胺肟基。通过扫描电镜(SEM)、傅里叶红外光谱(FTIR)、比表面积测试等方法分析PAO的表面形貌和化学结构,结果证明PAO被成功制备。利用3ds Max设计了具有海绵微观结构的球状多层骨架结构。在高速搅拌机的辅助下将PAO均匀地混合到3D打印树脂中,通过3D打印机的激光扫描,将流动的混合树脂进行固化成型,制备具有PAO掺杂的3D-PAO。通过SEM、FTIR、BET 比表面积测试等分析3D-PAO的表面形貌和化学结构。同时,研究了 pH、吸附时间对吸附实验的影响。结果表明在pH=6.0时,3D-PAO对U(Ⅵ)的吸附效果最好。对吸附过程中不同时间的吸附量进行数据拟合,3D-PAO对U(Ⅵ)的吸附符合伪二级吸附动力学方程。改变溶液中U(Ⅵ)的浓度,对吸附量进行拟合,3D-PAO对U(Ⅵ)的吸附符合Langmuir等温吸附模型,最大吸附量为78.01 mg/g。6次循环吸附-解吸实验后吸附量仍然保持原吸附量的 71.63%。(2)CDM对U(Ⅵ)的吸附过滤及其在检测领域的应用为了对水体中U(Ⅵ)的浓度进行有效快速的检测,本实验通过过滤吸附的方式,制备了具有海绵网格形状的膜材料富集水体中的U(Ⅵ),借助铀元素具有放射α粒子的特性,检测膜表面α粒子的数量,从而确定水体中U(Ⅵ)的浓度。使用聚丙烯腈膜(PAN)为基膜接枝琥珀酰-β-环糊精,制备具有吸附U(Ⅵ)的琥珀酰-β-环糊精膜(CDM),使用FTIR和XPS对膜材料进行表征,使用可调节转速的齿轮泵和膜组件对污染水体中的U(Ⅵ)进行连续自动化地过滤吸附。借助α粒子探测仪计算膜表面的α粒子数目,研究压力,时间和温度对U(Ⅵ)吸附的影响。结果表明在一定范围内,压力和时间的增加对U(Ⅵ)的吸附量有积极的影响。而随着温度的增加,CDM对U(Ⅵ)的吸附呈现波动状态。使用ICP-MS对溶液中U(Ⅵ)进行检测,与CDM表面的α粒子数目进行拟合,得到α粒子与溶液中U(Ⅵ)的拟合度R2=0.985,证明使用α计数检测水体中的U(Ⅵ)浓度具有很好线性关系。