“海水”中科院近代物理所发现海水提铀新思路有望大幅提高海水提铀效率

时间：2022-08-19 18:50:12来源：化工仪器网

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海洋是地球上最广阔的水体的总称。地球上海洋总面积约为3.6亿平方千米，约占地球表面积的71%。海洋之中，蕴藏着丰富的海洋资源。海洋资源包括海洋矿物资源、海水化学资源、海洋生物 (水产) 资源和海洋动力资源等，其中海水化学资源主要有氯、钠、镁、硫、碘、铀、金、镍等，它们溶解在海水中，储存量较大，但浓度低杂质高，须经专业处理才能利用。如铀元素(Uranium)，海水中大约蕴藏有45亿吨，是陆地铀储量的上千倍，能够满足未来核电长期发展的需求，但海水提铀一直是一个巨大的挑战。

铀广泛存在于地壳和海水中。海水中铀的浓度为3×10-7%，地壳丰度为2.3×10-4%，但在地壳中很分散。已发现的铀矿物和含铀矿物约有500多种。其中常见并具有工业实用价值的仅二三十种。铀原子能发生裂变反应，释放大量能量，如果能够提高开采利用率，将有效缓解能源问题。

近期，中国科学院近代物理研究所核化学研究室研究员白静等利用铀酰根(UO22+)和海水中主要杂质离子(K+、Na+、Ca2+及Mg2+)在水合离子直径上的显著差异(图a)，创新性地提出了膜分离预富集铀和传统方法相结合的海水提铀思路。

为了达到膜分离预富集铀的目地，科研人员充分利用氧化石墨烯(GO)膜良好的离子分离特性，制备出甘氨酸交联的氧化石墨烯(GO-Gly)膜。甘氨酸的交联不但克服了GO膜在水溶液中易溶胀的缺陷，而且膜的通道直径满足铀和杂质离子分离的要求；更为重要的是，该通道尺寸在水溶液中可长期保持稳定，满足在海水中进行预富集铀的要求。

本文的第一作者、中科院近物所博士生初剑介绍，研究发现，该膜对铀的截留率接近100%，并且仅明显富集模拟海水中的铀，而杂质离子浓度基本保持不变。GO-Gly膜所呈现的铀和主要杂质离子在截留和富集性能上的显著差异，表明其可作为一个候选材料用于海水中铀的预富集。膜分离预富集铀和传统方法相结合将有望大幅提高海水提铀的效率。

相关论文Enrichment of uranium in seawater by glycine cross-linked graphene oxide membrane于近期发表于《Chemical Engineering Journal》杂志。