锕系元素与镧系元素的别离关于核废料的安全办理和核能的可持续发展很重要，但由于这些 f区元素的化学复杂性，锕系元素与镧系元素之间的别离适当具有挑战性。由氧化石墨烯纳米片制成的多层氧化石墨烯膜（GOMs）具有层状结构，可调理的纳米级层间通道使其在纳滤和脱盐等范畴受到了广泛重视。

  近来，清华大学核化学化工团队的徐超长聘副教授与陆跃翔长聘副教授联合在Nature Communications杂志上宣布论文，提出根据氧化石墨烯膜的离子筛分战略，完结了高酸条件下锕系/镧系元素组别离。该战略（图la）用强氧化试剂处理含有锕系元素（U, Np, Pu, Am）和镧系元素（Ce, Nd, Eu, Gd）的强酸性溶液，一切锕系元素被氧化为线性的锕酰离子，而镧系元素仍然是球形离子。在这种情况下，两组元素在尺度和空间构型上有很大的差异，能够终究靠具有特定通道尺度的GOM进行筛分，以此来完结锕酰离子和镧系离子的彼此别离。文章的榜首作者为助理研讨员王志鹏和博士研讨生黄丽钦。

  研讨者制备了在3.0 mol/L HNO3溶液中层距离（d）为13.9 Å的GOM作为离子筛分过滤器，有用纳米通道尺度（μ）为10.5 Å（μ=d-ε，其间ε=3.4 Å为单层氧化石墨烯纳米片未氧化区域的厚度），层间通道尺度在水合锕酰离子和镧系离子尺度之间（图1b）。

  选用浸透别离法进行离子筛分试验，GOM笔直固定在进料室（FC）和接纳室（RC）之间（图3）。首先在天然分散条件下测试了GOM的离子筛分功用（图3a-c），镧系离子均能穿过GOM进入RC，锕系元素中，U和Np大部分保留在FC中，Pu和Am随镧系离子进入RC。镧系元素的最高浸透百分比（Pct.，界说为特定元素从FC浸透到RC的浓度百分比）理论上只能到达50%（GOM两边溶液的体积持平），浸透动力学也比较缓慢。在此基础上，在接纳室增加含有功用配体TODGA（N,N,N,N-四辛基-3-氧-戊二酰胺）的有机溶剂（正十二烷）供给额定的化学驱动力（图3d-f）。在萃取系统下，镧系元素的浸透百分比进步，浸透动力学加速，24小时内的浸透百分比可达95%。一起，U和Np的浸透百分比仍就保持在较低的水平（＜10%），说明晰GOM筛分的有用性。进一步在FC中增加强氧化剂铋酸钠（NaBiO3），将Pu和Am氧化为锕酰离子，从镧系元素中别离出来（图3 h-j），24小时的浸透试验中，一切的锕系元素（U、Np、Pu和Am）都保留在FC中（浸透百分比＜10%），镧系离子的浸透功用未受到显着影响。

  研讨者进一步对锕系元素/镧系元素混合废液进行离子筛分试验（图4），镧系元素的浸透百分比均大于90%，锕系元素的浸透百分比仍处于较低水平（＜10%）。锕系元素与镧系元素彼此别离的别离因子（SFLn/An，界说为DLn/DAn，D为给定元素在RC与FC中的分配比）均大于100，U/Ce的SFLn/An值最高，可达~400。有必要留意一下的是，该研讨中An/Ln别离因子高于大都萃取法中An/Ln组别离的单级别离因子，远高于结晶法或沉淀法。

  研讨者提出了图5所示的GOM中锕系元素和镧系元素的筛分原理：氧化石墨烯纳米片堆叠发生的具有抱负层距离的纳米通道是镧系离子浸透的首要途径，氧化石墨烯的缺点、氧化石墨烯膜中存在的堆积空地以及氧化石墨烯膜中层距离散布不均匀导致锕酰离子的不完全阻拦。切当的筛分机理还需要未来进一步的研讨。

  综上所述，该研讨开发了一种新的An/Ln别离战略，经过化学氧化、GOM筛分和溶剂萃取的简略耦合，在高酸条件下，完结了镧系元素与锕系元素的高效组别离。此外，能够预期经过进一步修正和扩展这种别离战略，完结核燃料循环中的其他别离使命，包含从少量要害的裂变产品（Sr, Cs, Zr, Pd等）中别离锕系元素，以及从Cm中别离Am等。

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