纳米功能膜出马，完成公斤级海中“捞”铀试验

　　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*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(以下简称上海高研院)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10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***基于功能纳米膜的比较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。

　　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*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。此外，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因素。

　　为此，姜标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*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较好。纳米膜*对铀离子选择性通过，对海水中钙、镁等其他20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2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年完成吨级试验

　　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*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。

　　为了让海水提铀技术走出实验室，研究团队已建成年产8万平方米的功能纳米膜生产线。2018年***在东海海域实施了海水提铀示范，在1个月内成功获得近20克天然铀。2019年11月，姜标团队借助产学研合作的形式，在南海海域建设了纳米膜公斤级海水提铀试验平台以及配套洗脱平**成了100余支膜组件的海试投放和循环吸附试验。同时，研究团队建立了完整的铀吸附、洗脱、活化技术体系，并进行了技术经济性评估。

　　海洋工程成本高是姜标团队开展海试试验亟须突破的一道大“坎”。姜标坦言，真正海试试验并不容易。要建设海试试验基础设施需要花费数百万元，实验室经费常常捉襟见肘，这需要探索产学研合作模式，社会各方携手突破产业化难题。

　　此外，台风、气候等因素也会对试验平台产生影响，海洋污染物对材料的影响尤其严重。为此，他们不得不重新回到实验室，改进材料，提高其抗污染能力。基于目前海试试验的进展，团队实现了海水中提取铀产品的连续生产能力，下一步团队将进一步聚焦提升产能。

　　我国已经明确海水提铀路线图，铀资源开发从陆地转向海洋，已成为现实诉求。那么海水提铀何时从公斤级跃升到吨级?目前，研究团队正联合中核集团旗下核电运行研究(上海)有限公司，完善海洋工程实施技术。

　　2017年，该团队从海水提铀的成本是500美元/公斤至1000美元/公斤，现在降到了约150美元/公斤，已接近目前国际上陆地提取铀矿的130美元/公斤。“我们从海水提铀的成本还将有很大下降的空间，预计再过五至六年，有望与陆地提铀的成本持平，届时有望完成吨级试验。”姜标说。