全世界的海水中大約含有45億噸鈾。
隨著中國(guó)擴(kuò)大核能基礎(chǔ)設(shè)施和提高發(fā)電能力，對(duì)鈾的需求也在上升。2024年，該國(guó)進(jìn)口了1.3萬(wàn)噸天然鈾，據(jù)報(bào)道稱，國(guó)內(nèi)產(chǎn)量?jī)H為1700噸左右。國(guó)際原子能機(jī)構(gòu)（International Atomic Energy Agency）估計(jì)，到2040年，中國(guó)的鈾需求將超過(guò)4萬(wàn)噸。
長(zhǎng)期以來(lái)，需求已經(jīng)達(dá)到了中國(guó)鈾礦無(wú)法滿足需求的程度，為了縮小這一差距，中國(guó)科學(xué)家將注意力轉(zhuǎn)向了海洋。據(jù)估計(jì)，世界海洋的鈾礦儲(chǔ)量是地面的1000倍，約為45億噸鈾。
然而，這個(gè)過(guò)程并不像聽(tīng)起來(lái)那么簡(jiǎn)單。在海水中，重金屬的濃度極低，每噸只有3.3毫克。此外，海洋中過(guò)渡金屬釩的存在帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因?yàn)樗哂信c鈾相似的化學(xué)性質(zhì)，而且兩者必須首先通過(guò)復(fù)雜的提取過(guò)程分離。
海洋鈾提取技術(shù)
對(duì)海洋鈾開(kāi)采的更大需求導(dǎo)致了突破性的研究。蘭州大學(xué)稀有同位素前沿科學(xué)中心開(kāi)發(fā)了一項(xiàng)技術(shù)，將鈾釩分離效率提高了40倍。這一突破可以選擇性地捕獲鈾離子而不是釩離子。
這項(xiàng)研究由前沿科學(xué)中心的潘多強(qiáng)教授領(lǐng)導(dǎo)，發(fā)表在本月初的國(guó)際期刊《自然通訊》上。適應(yīng)大規(guī)模使用鈾可以確保中國(guó)有一條可持續(xù)的、獨(dú)立的方式來(lái)確保可靠的鈾供應(yīng)。
金屬有機(jī)框架（MOF）是一類獨(dú)特的化合物，混合無(wú)機(jī)和有機(jī)元素。它們形成一種配位聚合物，以其高度可調(diào)的結(jié)構(gòu)、多樣的功能和廣闊的表面積區(qū)別于傳統(tǒng)的吸附劑。這些特性使得MOF在選擇性分離鈾方面非常有效。
然而，使用現(xiàn)有的MOF存在一定的挑戰(zhàn)。潘教授在接受媒體采訪時(shí)解釋說(shuō)：“設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)-活性關(guān)系過(guò)于精確的MOF往往會(huì)導(dǎo)致材料比表面積的減少和活性位點(diǎn)密度的降低。”
為了解決這個(gè)問(wèn)題，研究人員將碳?xì)?a class="keyword-search" >化合物二苯乙烯（DAE）分子整合到MOF材料中。這種創(chuàng)新的方法允許MOF在暴露于紫外線下時(shí)調(diào)整其孔徑。
然后在模擬海水和真實(shí)海水中對(duì)改性DAE-MOF材料進(jìn)行了測(cè)試，以評(píng)估其對(duì)鈾的吸附能力。
試驗(yàn)表明，DAE-MOF材料的鈾吸附量為588 mg / g，鈾釩分離系數(shù)為215，在模擬和自然海水條件下均明顯優(yōu)于以往所有材料。
超越日本，然后超越世界
從20世紀(jì)80年代到90年代，日本領(lǐng)導(dǎo)了海水鈾提取的發(fā)展，通過(guò)廣泛的海洋試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)了1公斤（2.2磅）黃餅或鈾精礦的提取，這是迄今為止報(bào)道的最高產(chǎn)量。
2019年11月，負(fù)責(zé)各行業(yè)管理的國(guó)有企業(yè)中國(guó)核工業(yè)集團(tuán)公司與國(guó)內(nèi)14家研究機(jī)構(gòu)組成了海水提鈾技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟。
該聯(lián)盟為到2050年的未來(lái)30年制定了雄心勃勃的目標(biāo)。從2021年到2025年，第一階段的目標(biāo)是復(fù)制日本的公斤級(jí)成就。該聯(lián)盟的長(zhǎng)期計(jì)劃包括，到2035年建成一個(gè)噸級(jí)規(guī)模的示范工廠，到2050年實(shí)現(xiàn)連續(xù)的工業(yè)生產(chǎn)。
如果朋友們喜歡，敬請(qǐng)關(guān)注“知新了了”！
熱門(mén)跟貼