中科院近代物理所發(fā)現(xiàn)海水提鈾新思路 有望大幅提高海水提鈾效率
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】海洋是地球上最廣闊的水體的總稱。地球上海洋總面積約為3.6億平方千米，約占地球表面積的71%。海洋之中，蘊藏著豐富的海洋資源。海洋資源包括海洋礦物資源、海水化學資源、海洋生物 (水產(chǎn)) 資源和海洋動力資源等，其中海水化學資源主要有氯、鈉、鎂、硫、碘、鈾、金、鎳等，它們?nèi)芙庠诤Ｋ校瑑Υ媪枯^大，但濃度低雜質(zhì)高，須經(jīng)專業(yè)處理才能利用。如鈾元素(Uranium)，海水中大約蘊藏有45億噸，是陸地鈾儲量的上千倍，能夠滿足未來核電長期發(fā)展的需求，但海水提鈾一直是一個巨大的挑戰(zhàn)。
鈾廣泛存在于地殼和海水中。海水中鈾的濃度為3×10-7%，地殼豐度為2.3×10-4%，但在地殼中很分散。已發(fā)現(xiàn)的鈾礦物和含鈾礦物約有500多種。其中常見并具有工業(yè)實用價值的僅二三十種。鈾原子能發(fā)生裂變反應，釋放大量能量，如果能夠提高開采利用率，將有效緩解能源問題。
近期，中國科學院近代物理研究所核化學研究室研究員白靜等利用鈾酰根(UO22+)和海水中主要雜質(zhì)離子(K+、Na+、Ca2+及Mg2+)在水合離子直徑上的顯著差異(圖a)，創(chuàng)新性地提出了膜分離預富集鈾和傳統(tǒng)方法相結(jié)合的海水提鈾思路。
為了達到膜分離預富集鈾的目地，科研人員充分利用氧化石墨烯(GO)膜良好的離子分離特性，制備出甘氨酸交聯(lián)的氧化石墨烯(GO-Gly)膜。甘氨酸的交聯(lián)不但克服了GO膜在水溶液中易溶脹的缺陷，而且膜的通道直徑滿足鈾和雜質(zhì)離子分離的要求；更為重要的是，該通道尺寸在水溶液中可長期保持穩(wěn)定，滿足在海水中進行預富集鈾的要求。
本文的第一作者、中科院近物所博士生初劍介紹，研究發(fā)現(xiàn)，該膜對鈾的截留率接近100%，并且僅明顯富集模擬海水中的鈾，而雜質(zhì)離子濃度基本保持不變。GO-Gly膜所呈現(xiàn)的鈾和主要雜質(zhì)離子在截留和富集性能上的顯著差異，表明其可作為一個候選材料用于海水中鈾的預富集。膜分離預富集鈾和傳統(tǒng)方法相結(jié)合將有望大幅提高海水提鈾的效率。
相關論文Enrichment of uranium in seawater by glycine cross-linked graphene oxide membrane于近期發(fā)表于《Chemical Engineering Journal》雜志。
參考資料來源：中國科學報
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