近日蹈瑟，國際歐亞科學(xué)院院士、中國科學(xué)院上海高等研究院(以下簡稱上海高研院)綠色化學(xué)工程技術(shù)研究與發(fā)展中心姜標研究員團隊坊秉，歷經(jīng)近10年研究相誓，通過創(chuàng)制納米纖維功能膜，成功開展了公斤級海水提鈾試驗前忿。這是我國首次基于功能納米膜的最大規(guī)模海水提鈾試驗贡按，將有效推進我國海水提鈾從實驗室走向海洋，或?qū)榫徑馕覈?ldquo;鈾困境”提供新途徑扁奢。
大海“撈”鈾并非易事
鈾是核能事業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略性原材料惫吝，而陸地鈾的總儲量僅夠人類使用幾十年，海水中賦存了約40億噸鈾逻袭，是陸地儲量的近1000倍每镀。
但從大海“撈”鈾并非易事，海水提鈾已成為極具挑戰(zhàn)性的科技難題肢俄。姜標介紹說克矿，一是海水中鹽分高、成分非常復(fù)雜憎兽，而且海洋微生物對材料破壞性較大;二是海水中鈾濃度非常低冷离。此外，成本高一直是海水提鈾難以解決的問題纯命，吸附材料的突破和海洋工程技術(shù)成為兩個關(guān)鍵制約因素西剥。
為此，姜標團隊基于靜電紡絲技術(shù)亿汞，成功制備了鈾吸附速率快瞭空、吸附容量高、離子選擇性好的納米纖維功能膜留夜。近10年間匙铡，他們完成了從實驗室膜片到工業(yè)膜組件的批量生產(chǎn)，開展了上百次模擬循環(huán)吸附碍粥、脫附工藝驗證鳖眼。
近年來，美國能源部橡樹嶺國家實驗室發(fā)展了一種新型鈾吸附劑嚼摩，在海水中吸附能力約3.94克/千克钦讳。姜標團隊研發(fā)的鈾吸附劑，其模擬溶液中的吸附能力是美國這一新型吸附材料的近8.8倍枕面。“我們研發(fā)的納米纖維功能膜栖挣，強度和通透性很強，可反復(fù)使用，使用壽命長夫次。”姜標表示夭菲，“一根1米高的圓柱工業(yè)膜組件，其有效吸附面積相當于一個足球場搔冈，全生命周期可吸附提取近600克的鈾摇轨。”
“除了吸附性能好，這種納米膜的離子選擇性也需要極佳肩菲。納米膜僅對鈾離子選擇性通過翠坟，對海水中鈣、鎂等其他20多種金屬離子則不予‘理睬’犹佣。”項目負責(zé)人之一醒狭、上海高研院副研究員李繼香說。
研究團隊先在青海省察爾汗鹽湖開展試驗皱辞。雖然試驗成功君板，但湖上的基礎(chǔ)設(shè)施因鹽濃度過高而損毀，他們投放了10個膜組件筏餐，只收回2個开泽。但是這次小范圍試驗為后期研究團隊開展海水提鈾奠定了信心。
有望5年完成噸級試驗
我國核電的快速發(fā)展魁瞪，使得鈾的年需求量將超過萬噸，而我國鈾年產(chǎn)量僅千噸惠呼，缺口很大导俘。我國迄今尚未建立海水提鈾工廠。海試試驗是海水提鈾工業(yè)化的關(guān)鍵剔蹋，也是海水提鈾能否成功的試金石旅薄。
為了讓海水提鈾技術(shù)走出實驗室，研究團隊已建成年產(chǎn)8萬平方米的功能納米膜生產(chǎn)線泣崩。2018年首次在東海海域?qū)嵤┝撕Ｋ徕櫴痉渡倭海?個月內(nèi)成功獲得近20克天然鈾。2019年11月矫付，姜標團隊借助產(chǎn)學(xué)研合作的形式凯沪，在南海海域建設(shè)了納米膜公斤級海水提鈾試驗平臺以及配套洗脫平臺，完成了100余支膜組件的海試投放和循環(huán)吸附試驗洞歼。同時卫削，研究團隊建立了完整的鈾吸附、洗脫宣验、活化技術(shù)體系赌矩，并進行了技術(shù)經(jīng)濟性評估。
海洋工程成本高是姜標團隊開展海試試驗亟須突破的一道大“坎”。姜標坦言浑梳，真正海試試驗并不容易悲社。要建設(shè)海試試驗基礎(chǔ)設(shè)施需要花費數(shù)百萬元，實驗室經(jīng)費常常捉襟見肘染窝，這需要探索產(chǎn)學(xué)研合作模式涯锅，社會各方攜手突破產(chǎn)業(yè)化難題。
此外忆键，臺風(fēng)漱南、氣候等因素也會對試驗平臺產(chǎn)生影響，海洋污染物對材料的影響尤其嚴重憋庙。為此笔喉，他們不得不重新回到實驗室，改進材料硝皂，提高其抗污染能力常挚。基于目前海試試驗的進展稽物，團隊實現(xiàn)了海水中提取鈾產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)能力奄毡，下一步團隊將進一步聚焦提升產(chǎn)能。
我國已經(jīng)明確海水提鈾路線圖贝或，鈾資源開發(fā)從陸地轉(zhuǎn)向海洋吼过，已成為現(xiàn)實訴求。那么海水提鈾何時從公斤級躍升到噸級?目前咪奖，研究團隊正聯(lián)合中核集團旗下核電運行研究(上海)有限公司盗忱，完善海洋工程實施技術(shù)。
2017年羊赵，該團隊從海水提鈾的成本是500美元/公斤至1000美元/公斤趟佃，現(xiàn)在降到了約150美元/公斤，已接近目前國際上陸地提取鈾礦的130美元/公斤昧捷。“我們從海水提鈾的成本還將有很大下降的空間闲昭，預(yù)計再過五至六年，有望與陸地提鈾的成本持平撑葡，屆時有望完成噸級試驗益爽。”姜標說。
