600克

一根1米高的圓柱工業(yè)膜組件,，其有效吸附面積相當(dāng)于一個足球場,，全生命周期可吸附提取近600克的鈾,。

30萬噸海水中才含有1公斤鈾,，提取難度遠(yuǎn)超“沙里淘金”,。世界各國一直致力于尋找可大規(guī)模實(shí)施的海水提鈾產(chǎn)業(yè)應(yīng)用技術(shù),。但近年來海水提鈾由于成本過高受到社會質(zhì)疑,，工程化海水提鈾的低成本解決方案甚少，更多研究成果僅停留在實(shí)驗(yàn)室階段,。

近日,，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(biāo)研究員團(tuán)隊(duì)，歷經(jīng)近10年研究,，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(yàn)。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(yàn),，將有效推進(jìn)我國海水提鈾從實(shí)驗(yàn)室走向海洋,，或?qū)榫徑馕覈摹扳櫪Ь场碧峁┬峦緩健?/span>

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，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,，是陸地儲量的近1000倍。

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,。姜標(biāo)介紹說，一是海水中鹽分高,、成分非常復(fù)雜,，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,。此外，成本高一直是海水提鈾難以解決的問題,，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,。

為此，姜標(biāo)團(tuán)隊(duì)基于靜電紡絲技術(shù),，成功制備了鈾吸附速率快,、吸附容量高、離子選擇性好的納米纖維功能膜,。近10年間,，他們完成了從實(shí)驗(yàn)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,、脫附工藝驗(yàn)證,。

近年來，美國能源部橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室發(fā)展了一種新型鈾吸附劑,，在海水中吸附能力約3.94克/千克,。姜標(biāo)團(tuán)隊(duì)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,?！拔覀冄邪l(fā)的納米纖維功能膜，強(qiáng)度和通透性很強(qiáng),，可反復(fù)使用,，使用壽命長,。”姜標(biāo)表示,，“一根1米高的圓柱工業(yè)膜組件,，其有效吸附面積相當(dāng)于一個足球場，全生命周期可吸附提取近600克的鈾,?！?/span>

“除了吸附性能好，這種納米膜的離子選擇性也需要極佳,。納米膜僅對鈾離子選擇性通過,，對海水中鈣、鎂等其他20多種金屬離子則不予‘理睬’,?！表?xiàng)目負(fù)責(zé)人之一、上海高研院副研究員李繼香說,。

研究團(tuán)隊(duì)先在青海省察爾汗鹽湖開展試驗(yàn),。雖然試驗(yàn)成功，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,，只收回2個。但是這次小范圍試驗(yàn)為后期研究團(tuán)隊(duì)開展海水提鈾奠定了信心,。

有望5年完成噸級試驗(yàn)

我國核電的快速發(fā)展,，使得鈾的年需求量將超過萬噸，而我國鈾年產(chǎn)量僅千噸,，缺口很大,。我國迄今尚未建立海水提鈾工廠。海試試驗(yàn)是海水提鈾工業(yè)化的關(guān)鍵,，也是海水提鈾能否成功的試金石,。

為了讓海水提鈾技術(shù)走出實(shí)驗(yàn)室，研究團(tuán)隊(duì)已建成年產(chǎn)8萬平方米的功能納米膜生產(chǎn)線,。2018年首次在東海海域?qū)嵤┝撕Ｋ徕櫴痉?，?/span>1個月內(nèi)成功獲得近20克天然鈾。2019年11月,，姜標(biāo)團(tuán)隊(duì)借助產(chǎn)學(xué)研合作的形式,，在南海海域建設(shè)了納米膜公斤級海水提鈾試驗(yàn)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(yàn),。同時,，研究團(tuán)隊(duì)建立了完整的鈾吸附、洗脫,、活化技術(shù)體系,，并進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)性評估,。

海洋工程成本高是姜標(biāo)團(tuán)隊(duì)開展海試試驗(yàn)亟須突破的一道大“坎”。姜標(biāo)坦言,，真正海試試驗(yàn)并不容易,。要建設(shè)海試試驗(yàn)基礎(chǔ)設(shè)施需要花費(fèi)數(shù)百萬元，實(shí)驗(yàn)室經(jīng)費(fèi)常常捉襟見肘,，這需要探索產(chǎn)學(xué)研合作模式,，社會各方攜手突破產(chǎn)業(yè)化難題。

此外,，臺風(fēng),、氣候等因素也會對試驗(yàn)平臺產(chǎn)生影響，海洋污染物對材料的影響尤其嚴(yán)重,。為此,，他們不得不重新回到實(shí)驗(yàn)室，改進(jìn)材料,，提高其抗污染能力,。基于目前海試試驗(yàn)的進(jìn)展,，團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了海水中提取鈾產(chǎn)品的連續(xù)生產(chǎn)能力,，下一步團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步聚焦提升產(chǎn)能。

我國已經(jīng)明確海水提鈾路線圖,，鈾資源開發(fā)從陸地轉(zhuǎn)向海洋,，已成為現(xiàn)實(shí)訴求。那么海水提鈾何時從公斤級躍升到噸級,？目前，研究團(tuán)隊(duì)正聯(lián)合中核集團(tuán)旗下核電運(yùn)行研究（上海）有限公司,，完善海洋工程實(shí)施技術(shù),。

2017年，該團(tuán)隊(duì)從海水提鈾的成本是500美元/公斤至1000美元/公斤,，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?！拔覀儚暮Ｋ徕櫟某杀具€將有很大下降的空間,，預(yù)計(jì)再過五至六年，有望與陸地提鈾的成本持平,，屆時有望完成噸級試驗(yàn),。”姜標(biāo)說,。