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铀(VI)作为放射性污染物对水环境威胁显著，现有吸附方法存在成本高、二次污染等问题。本研究利用埃及开罗市废弃陶片经550-750℃热活化处理后，通过XRD、SEM-EDS等表征发现其表面结构优化、氧供位点增加，对U(VI)吸附效率达97.6%，再生性能良好，为工业废渣资源化与放射性废水处理提供新方案。
阿米尔·A·埃尔佐格比（Amir A. Elzoghby）|哈格尔·法赫米（Hager Fahmy）|奥萨马·E·罗什迪（Osama E. Roshdy）|艾哈迈德·M·马苏德（Ahmed M. Masoud）|艾哈迈德·M·伊斯梅尔（Ahmed M. Ismail）|穆罕默德·H·塔哈（Mohamed H. Taha）|萨伯·易卜拉欣（Saber Ibrahim）
核材料管理局（Nuclear Materials Authority），邮政信箱530，埃尔马迪（El Maddi），开罗，埃及
引言
铀（U）是一种天然存在的放射性元素，存在于多种地质构造中，并通过自然风化和人类活动频繁进入水环境。在氧化性水中，铀主要以六价态存在，即铀酰离子（UO22+），这种离子在水中具有高溶解度、高移动性和持久性（Smedley和Kinniburgh，2023；Westrop等人，2022）。铀的人为释放来源包括采矿和研磨作业、核燃料循环活动、煤炭燃烧、磷酸盐肥料的浸出以及放射性废物的不当处置（Kenney等人，2023；Srivastava等人，2019）。铀的毒性既来自放射性危害，也来自化学危害。尽管与其他放射性核素相比，其放射毒性相对较低，但铀酰离子具有化学上的肾毒性，长期暴露与肾脏功能障碍、生殖障碍和潜在的致癌性有关（Kenney等人，2023；Srivastava等人，2019）。鉴于这些风险，世界卫生组织（WHO）和美国环境保护署（USEPA）等国际机构已将饮用水中铀的最大污染物浓度（MCL）定为30 μg/L（Smedley和Kinniburgh，2023；Srivastava等人，2019；Randhawa等人，2024；Ighalo等人，2024）。确保遵守这些严格的标准需要开发高效且经济可行的处理方法。
已有多种物理化学技术被用于六价铀（U(VI)的修复，包括化学沉淀（Lee等人，2022）、离子交换（Youssef等人，2024）、膜过滤（Xing等人，2023）和溶剂萃取（Fominykh和Matveev，2024）。虽然这些方法在优化条件下可以实现高去除效率，但它们通常面临实际挑战，如高昂的操作成本、巨大的能源需求、二次废物的产生以及在化学成分变化的水中的性能下降（Ighalo等人，2024；Georgiou等人，2023；Chandrakar等人，2025a；Dhanasekaran和Perumal，2025）。在这种情况下，吸附技术因其简单性、成本效益和操作灵活性而成为一种极具吸引力的替代方案（Georgiou等人，2023；Chandrakar等人，2025a，2025b；Dhanasekaran和Perumal，2025；Liu等人，2025）。吸附的关键优势包括温和的操作条件、低污泥产生量以及吸附剂的再生和再利用的可能性（Georgiou等人，2023；Chandrakar等人，2025a，2025b；Dhanasekaran和Perumal，2025；Liu等人，2025）。因此，已经研究了多种吸附剂，包括活性炭（Elzoghby等人，2023）、粘土矿物（Singh和Um，2023）、沸石（Talan和Huang，2020）、金属氧化物（Hassanein等人，2021）、农业副产品（Abou-Hadid等人，2024）和工程纳米复合材料（Elzoghby等人，2021）。尽管取得了有希望的结果，但许多材料涉及昂贵的合成过程、化学修饰或有限的可扩展性，这限制了它们的实际应用，特别是在资源有限的地区（Dhanasekaran和Perumal，2025；Liu等人，2025；Chandrakar等人，2025b）。
从功能化聚合物和磁性复合材料到碳基和氧化物基吸附剂，各种材料已被探索用于六价铀的去除，其吸附能力取决于它们的表面化学性质和制备方法。例如，Cr2O3@PA6和CuO@PA6等氧化物-聚酰胺纳米复合材料的吸附能力分别为61.1 mg g?1和53.5 mg g?1（Hassanein等人，2021），而聚丙烯酰胺和二硫代氨基甲酸酯改性的聚合物的吸附能力为57.8–68.6 mg g?1（Masoud等人，2025；Younes等人，2023）。基于生物聚合物的吸附剂，包括半胱氨酸功能化的磁性壳聚糖，表现出更高的吸附能力（约0.575 mmol g?12@CMC）在pH 6的条件下也显示出快速的六价铀去除效果（约97.6%，10分钟内）（Mahmoud等人，2023）。相比之下，由PET废料和AC/PAN复合材料制备的活性炭表现出中等的吸附能力（27–39 mg g?1
与全球水处理挑战并行的是，对可持续性和废物利用的日益重视促使人们开发了来自工业副产品和废弃材料的环保吸附剂（Liu等人，2025；Chandrakar等人，2025b）。陶器是最古老的工程材料之一，以其耐用性、孔隙率和化学稳定性而受到重视。与塑料或合成废物不同，陶器来源于天然粘土矿物，化学性质稳定，并且可以在初次使用后重新利用（Hossain和Roy，2020）。被丢弃或破损的陶器通常被填埋处理，是一种富含铝硅酸盐矿物的大量未充分利用的废弃物（Ibrahim等人，2024）。通过机械粉碎和热活化，这种废弃物可以转化为具有改善的表面积和离子交换能力的多孔反应性吸附剂，适用于捕获有毒金属离子如六价铀（Li等人，2020）。
尽管合成陶瓷、粘土和工程氧化物复合材料已被广泛研究用于六价铀的吸附（Liu等人，2025；Chandrakar等人，2025b），但回收陶器废料的潜力仍未得到充分探索。关于烧结温度、表面电荷形成、孔隙率演变以及陶器基吸附剂吸附热力学的重要问题仍然未解决。解决这些问题不仅对于改进铀修复策略至关重要，也有助于推进将废物回收与可持续水处理技术相结合的循环经济概念。
为此，本研究调查了使用从埃及开罗的市政垃圾处理场收集的回收陶器废物作为从水溶液中去除六价铀的新颖且可持续的吸附剂。陶器废物在550、650和750°C下进行受控热活化，随后进行了系统的物理化学表征，包括表面积分析、粒径分布、ζ电位和孔隙率评估。在不同操作参数（如pH值、接触时间、初始铀浓度和温度）下全面评估了吸附行为。为了阐明潜在机制，使用动力学、等温线和热力学模型分析了吸附数据。此外，通过多次吸附-解吸循环和常见酸性洗脱剂评估了材料的再生潜力。通过结合废物利用和放射性核素修复，这项工作为受铀污染的水处理提供了一条成本效益高的途径，并为管理消费后的陶器废物提供了可持续的解决方案。
材料
回收的陶器（RP）碎片是从埃及开罗的市政废物处理区收集的。这些碎片首先用自来水冲洗，然后用去离子水冲洗以去除表面杂质，并储存以备后续处理。本研究中使用的所有化学品均为分析级，无需额外纯化。六水合铀酰硝酸盐（UO2(NO3)2·6H2O，≥99%，德国默克公司）被用作六价铀离子的来源。盐酸（HCl）、硝酸...
结果与讨论
研究了热活化回收陶器吸附剂的结构、形态和表面特性，以评估烧结如何改变它们的物理化学性质和对六价铀的吸附行为。以下部分将XRD、SEM-EDS、BET、DLS、ζ电位和FTIR分析的结果与吸附实验结合起来，以阐明控制六价铀吸附的结构-功能关系。讨论从材料表征开始...
结论
本研究表明，经过适当热活化的回收陶器废物可以作为有效的、低成本的吸附剂，用于从水性和工业废液中去除六价铀。结合XRD、SEM-EDS、BET、DLS、ζ电位和FTIR的分析结果证实，烧结增强了结构有序性、表面均匀性和供氧功能，从而提高了吸附性能。在测试的材料中，RP3（750°C）表现出最高的吸附性能...
作者贡献声明
阿米尔·A·埃尔佐格比（Amir A. Elzoghby）：验证、方法论、研究。
哈格尔·法赫米（Hager Fahmy）：方法论、研究、概念化。
奥萨马·E·罗什迪（Osama E. Roshdy）：方法论、研究、形式分析。
艾哈迈德·M·马苏德（Ahmed M. Masoud）：撰写——初稿、研究、数据管理。
艾哈迈德·M·伊斯梅尔（Ahmed M. Ismail）：软件、方法论、数据管理。
穆罕默德·H·塔哈（Mohamed H. Taha）：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、监督。
萨伯·易卜拉欣（Saber Ibrahim）：撰写——审稿与编辑、撰写——初稿、软件。
参与同意
（不适用）
伦理批准
（不适用）
出版同意
（不适用）
数据和材料的可用性
本研究中使用和/或分析的数据集可向相应作者索取。
资金
（不适用）
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。
