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随着我国能源消耗的不断增加,传统化石燃料的大量使用,引起的环境污染问题日益严重。因此,对新能源的开发是一项重要而艰巨的研究任务。核能作为理想的低碳清洁能源已引起了研究人员的广泛关注。铀是一种重要的核燃料,然而陆地上的铀矿存储量低且分布不均。因此,研究者将目光投掷于浩瀚的海洋,海水中含有约45亿吨铀资源,我国属于海洋大国,海域辽阔,开展海水提铀的研究对于开发海洋资源、实现我国核能的可持续发展和保障我国能源安全都具有重要而长远的战略意义。然而,海水中的铀浓度仅为3.3μg·L~(-1),且海水中存在大量的干扰离子,这使海水中铀的提取变得十分困难。所以设计对铀酰离子具有高效吸附选择能力的材料是一项巨大的挑战。本论文通过水热法、高温碳化和碱性活化等过程制备了具有较大比表面积的多级纳米碳前驱体材料,并通过二氧化锰、多巴胺、镍-锰层状双氢氧化物和零价铁纳米粒子对碳前驱体进行功能化修饰,从而提高材料对铀酰离子的吸附选择性。采用SEM、TEM、XRD、FT-IR、XPS和BET等表征手段对材料的微观形貌和结构进行测试分析。设计系列吸附实验,考察不同pH、初始铀酰离子浓度、吸附温度和吸附时间等因素对铀吸附性能的影响。最后对吸附前后的材料进行对比分析,合理推测吸附机理,旨为后续吸附材料的设计提供理论指导。为了得到具有较大比表面积和丰富活性位点的吸附材料,以废弃的柚子皮为原材料,利用碱性活化和高温碳化法,制备了具有高比表面积的蜂窝状多级纳米碳前驱体材料(HLPC)。为了进一步提高材料对铀酰离子的吸附能力,在其表面原位生长二氧化锰纳米线,最终得到HLPC/MnO_2复合材料。HLPC材料的比表面积高达1147.41m~2·g~(-1)。吸附实验结果表明,在铀溶液初始浓度约为100mg·L~(-1),pH为5时,HLPC和HLPC/MnO_2材料对铀酰离子的吸附量分别为140.80mg·g~(-1)和180.29mg·g~(-1),结果证明二氧化锰的修饰有效地提高了材料对铀酰离子的吸附能力。HLPC/MnO_2对铀酰离子的饱和吸附容量为238.09mg·g~(-1)。以废弃的A4纸作为原材料,KOH作为致孔剂,通过高温碳化法制备了多级纳米碳前驱体(WPC)材料。海水中存在多种竞争金属离子,为了提高吸附材料对铀酰离子的选择性,在其表面原位生长聚多巴胺层(WPC@PDA)。多巴胺结构中存在大量的氨基,可以对铀酰离子通过配位作用进行选择性吸附。吸附热力学研究表明,吸附过程符合Langmuir吸附模型,WPC@PDA对铀酰离子的饱和吸附容量为384.62mg·g~(-1)。在模拟海水条件下,WPC@PDA对铀酰离子表现出优异的选择能力。为了使吸附材料更方便地从铀溶液中分离,提高材料的循环利用性能,基于吹塑成型技术,通过自上而下法高温制备氮掺杂零价铁嵌入的三维纳米碳材料(Fe-NCNF)。零价铁的嵌入不仅使材料在外界磁场作用下可以快速的从溶液中提取,更重要的是零价铁对铀酰离子具有还原作用。为了进一步提高材料对铀酰离子的吸附能力,选用镍-锰层状双氢氧化物(Ni-MnLDH)对Fe-NCNF进行功能化修饰,最终得到Fe-NCNF-LDH复合材料,其对铀酰离子的饱和吸附量为598.50mg·g~(-1)。循环吸脱附实验结果表明,0.1mol·L~(-1)的HCl是最佳脱附剂,经过五次循环吸脱附作用后,Fe-NCNF-LDH对铀酰离子的吸附能力依然高达417.63mg·g~(-1)。将离子印迹技术和植物的超积累效应结合,选择在海边生长的碱蓬植物作为研究对象,制备铀酰离子印迹多级纳米碳材料(II-HPC)。在模拟海水吸附实验中,II-HPC对铀酰离子的分配系数为1.02×10~4mL·g~(-1),其表现出较高的选择性源于印迹材料对铀酰离子的记忆效应。II-HPC材料具有宏观柱状结构,使其更易于固定在动态吸附床上,在实验室规模的动态模拟海水吸附条件下,经过35天的动态吸附作用,II-HPC对铀酰离子的吸附容量为0.38mg·g~(-1)。