纳米纤维功能膜成功开展公斤级海水提铀试验 或为缓解“铀困境”提供新途径

30万吨海水中才含有1公斤铀，提取难度远超“沙里淘金”。世界各国一直致力于寻找可大规模实施的海水提铀产业应用技术。但近年来海水提铀由于成本过高受到社会质疑，工程化海水提铀的低成本解决方案甚少，更多研究成果仅停留在实验室阶段。

近日，国际欧亚科学院院士、中国科学院上海高等研究院(简称上海高研院)绿色化学工程技术研究与发展中心姜标研究员团队，历经近十年研究，通过创制纳米纤维功能膜，成功开展了公斤级海水提铀试验。这是我国首次基于功能纳米膜的最大规模海水提铀试验，将有效推进我国海水提铀从实验室走向海洋，或将为缓解我国的“铀困境”提供新途径，为推进我国碳中和具有重大意义。

大海“捞”铀并非易事

铀是核能事业发展的战略性原材料，而陆地铀的总储量仅够人类使用几十年，海水中赋存了约40亿吨铀，是陆地储量的近1000倍。

但从大海“捞”铀并非易事，海水提铀已成为极具挑战性的科技难题。姜标院士介绍说，一是海水中盐分高、成分非常复杂，而且海洋微生物对材料破坏性较大;二是海水中铀浓度非常低。成本高一直是海水提铀难以解决的问题，吸附材料的突破和海洋工程技术成为两个关键制约的因素。

为此，姜标院士团队基于静电纺丝技术，成功制备了铀吸附速率快、吸附容量高、离子选择性好的纳米纤维功能膜。近10年间，他们完成了从实验室膜片到工业膜组件的批量生产，开展了上百次模拟循环吸附/脱附工艺验证。

近年来，美国能源部橡树岭国家实验室发展了一种新型铀吸附剂，在海水中吸附能力约3.94克/千克。姜标团队研发的铀吸附剂，其模拟溶液中的吸附能力是美国这一新型吸附材料的近8.8倍。“我们研发的纳米纤维功能膜，强度和通透性很强，可反复使用，使用寿命长。”姜标表示，“一根1米高的圆柱工业膜组件，其有效吸附面积相当于一个足球场，全生命周期可吸附提取近600克的铀。”

“除了吸附性能好，这种纳米膜的离子选择性也需要极佳。纳米膜仅对铀离子选择性通过，对海水中钙、镁等其他二十多种金属离子则不予‘理睬’。”项目负责人之一、上海高研院副研究员李继香说。

研究团队先在青海省察尔汗盐湖开展试验。虽然试验成功，但湖上的基础设施因盐浓度过高而损毁，他们投放了10个膜组件，只收回两个。但是这次小范围试验为后期研究团队开展海水提铀奠定了信心。

有望5年内完成“吨级”实验

我国核电的快速发展，使得铀的年需求量将超过万吨，而我国铀年产量仅千吨，缺口很大。我国迄今尚未建立海水提铀工厂。海试试验是海水提铀工业化的关键，也是海水提铀能否成功的试金石。(科技日报记者 王春)