地球上海洋总面积约为3.6亿平方千米,约占地球表面积的71%。
海洋之中,蕴藏着丰富的海洋资源。
海洋资源包括海洋矿物资源、海水化学资源、海洋生物 (水产) 资源和海洋动力资源等,其中海水化学资源主要有氯、钠、镁、硫、碘、铀、金、镍等,它们溶解在海水中,储存量较大,但浓度低杂质高,须经专业处理才能利用。
如铀元素(Uranium),海水中大约蕴藏有45亿吨,是陆地铀储量的上千倍,能够满足未来核电长期发展的需求,但海水提铀一直是一个巨大的挑战。
铀广泛存在于地壳和海水中。
海水中铀的浓度为3×10-7%,地壳丰度为2.3×10-4%,但在地壳中很分散。
已发现的铀矿物和含铀矿物约有500多种。
其中常见并具有工业实用价值的仅二三十种。
铀原子能发生裂变反应,释放大量能量,如果能够提高开采利用率,将有效缓解能源问题。
近期,中国科学院近代物理研究所核化学研究室研究员白静等利用铀酰根(UO22+)和海水中主要杂质离子(K+、Na+、Ca2+及Mg2+)在水合离子直径上的显著差异(图a),创新性地提出了膜分离预富集铀和传统方法相结合的海水提铀思路。
为了达到膜分离预富集铀的目地,科研人员充分利用氧化石墨烯(GO)膜良好的离子分离特性,制备出甘氨酸交联的氧化石墨烯(GO-Gly)膜。
甘氨酸的交联不但克服了GO膜在水溶液中易溶胀的缺陷,而且膜的通道直径满足铀和杂质离子分离的要求;更为重要的是,该通道尺寸在水溶液中可长期保持稳定,满足在海水中进行预富集铀的要求。
本文的第一作者、中科院近物所博士生初剑介绍,研究发现,该膜对铀的截留率接近100%,并且仅明显富集模拟海水中的铀,而杂质离子浓度基本保持不变。
GO-Gly膜所呈现的铀和主要杂质离子在截留和富集性能上的显著差异,表明其可作为一个候选材料用于海水中铀的预富集。
膜分离预富集铀和传统方法相结合将有望大幅提高海水提铀的效率。
相关论文Enrichment of uranium in seawater by glycine cross-linked graphene oxide membrane于近期发表于《Chemical Engineering Journal》杂志。
参考资料来源:中国科学报