用於(yu) 海水提鈾的膜組件。

■本報記者 秦誌偉(wei)

30萬(wan) 噸海水才有1公斤鈾，不亞(ya) 於(yu) “大海撈針”。正是考慮到成本過高等問題，社會(hui) 對海水提鈾可行性的質疑一直存在，但這並沒有影響科學研究的進程。近年來，隨著核電的快速發展，關(guan) 於(yu) 海水提鈾的研究成果越來越多，但工程化海水提鈾的低成本解決(jue) 方案卻寥寥無幾，更多研究成果僅(jin) 停留在實驗室階段。

中國科學院上海高等研究院（簡稱上海高研院）綠色化學工程技術研究與(yu) 發展中心研究員薑標團隊研究海水提鈾近十年。不久前，該團隊通過產(chan) 學研合作，提供了一種海水提鈾低成本解決(jue) 方案，有效推進海水提鈾從(cong) “實驗室”走向“海洋”。

從(cong) 一次偶然到上百次工藝驗證

談及為(wei) 何涉足海水提鈾研究領域，薑標稱：“是一次偶然。”

2011年，中國科學院部署啟動“未來先進核裂變能—釷基熔鹽堆核能係統（TMSR）”戰略性科技先導專(zhuan) 項（A類），薑標是項目組成員之一。他帶領團隊利用先進的納米技術分離提取用於(yu) 冷卻劑與(yu) 核燃料溶劑的鋰同位素。

核與(yu) 鈾總是“形影不離”。在項目實施過程中，薑標突發奇想：“既然利用納米技術可分離提取鋰同位素，是否也能提取鈾？”

在那時，包括薑標在內(nei) 的科學家很清楚，陸地鈾資源難以滿足未來核電的發展需求，必須找到補充或可替代方案。最終，薑標團隊證明他的設想是可行的，但他們(men) 並不滿足僅(jin) 限於(yu) 實驗室中。

成本高一直是海水提鈾難以解決(jue) 的問題，材料和海洋工程是兩(liang) 個(ge) 主要製約因素。

降低材料成本是第一步。“需要找到可規模化生產(chan) 的低成本、鈾吸附性能良好的吸附材料，並加工成可海試實施的形式。”項目負責人之一、上海高研院副研究員李繼香說。

為(wei) 此，薑標團隊基於(yu) 靜電紡絲(si) 技術，成功製備了鈾吸附速率快、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(men) 完成了從(cong) 實驗室膜片到工業(ye) 膜組件的批量生產(chan) ，開展了上百次模擬循環吸附/脫附工藝驗證。

薑標解釋道，工藝驗證的目的有兩(liang) 個(ge) ：一是測試使用壽命，這是降低材料成本的關(guan) 鍵；二是證明材料是環保的，避免對海洋造成汙染。

其間，薑標團隊得到中國科學院重點部署項目“鹽湖鹵水若幹戰略性元素提取”的支持。該項目針對鹽湖資源綜合利用，以國家戰略元素鋰、硼和鈾的提取為(wei) 目標，支撐戰略性先導科技專(zhuan) 項（釷基熔鹽堆核能係統）和地方特色經濟發展，薑標團隊同樣是項目單位之一。

提取的鈾從(cong) 近20克到公斤級

基於(yu) “鹽湖鹵水若幹戰略性元素提取”項目，薑標團隊先在青海省察爾汗鹽湖“小試牛刀”。相比於(yu) 海洋，鹽湖的鈾含量更高，但鹽分也高。雖然試驗成功，但湖上的基礎設施因鹽分過高而損毀，他們(men) 投放了10個(ge) 膜組件，隻收回兩(liang) 個(ge) 。不過，這次“小試牛刀”奠定了他們(men) 開展海水提鈾的信心。

“一根1米高圓柱形工業(ye) 膜組件的有效吸附麵積可達6600多平方米，相當於(yu) 一個(ge) 足球場那麽(me) 大。”薑標對記者說。

海洋工程成本高是薑標團隊開展海試試驗要突破的一道坎，也是最令他們(men) 頭疼的問題。據介紹，要建設海試試驗基礎設施需要花費數百萬(wan) 元，但對於(yu) 經費有限的科研團隊來說，這樣的做法並不劃算。

2018年，薑標團隊同福建某地政府合作，首次在東(dong) 海海域開展小規模海水提鈾海試示範，在一個(ge) 月內(nei) 成功獲得近20克天然鈾。

2019年11月，薑標團隊借助產(chan) 學研合作的形式，在南海海域建設了近400平方米功能納米膜公斤級海水提鈾海試試驗平台以及配套改性和洗脫平台，完成了10餘(yu) 噸提鈾組件及平台裝配和加固改造。近兩(liang) 年，他們(men) 在該海試試驗平台上完成了100餘(yu) 支膜組件的海試投放和循環吸附試驗。

值得一提的是，該團隊還建立了完整的鈾吸附/洗脫/活化技術體(ti) 係，並進行了技術經濟性評估。

“我們(men) 利用功能納米膜，已經成功從(cong) 海水中提出天然鈾。”薑標表示，陸地鈾資源提取成本為(wei) 150美元/公斤，“如果功能納米膜使用次數增加，海洋汙染可以減少，全生命周期鈾提取量可以增加，海水提鈾成本便可與(yu) 陸地鈾礦相當”。目前，他們(men) 正與(yu) 中核集團旗下核電運行研究（上海）有限公司合作，完善海試工程實施技術。

薑標坦言，真正海試試驗並不容易，如海洋汙染對材料的影響非常大。為(wei) 此，他們(men) 不得不重新回到實驗室，改進材料，提高其抗汙染能力。除此之外，還有季節風、洋流等因素對材料的影響。

不過，基於(yu) 目前海試試驗的進展，薑標對實現具備海水提鈾連續生產(chan) 能力的目標很有信心。

圖片均由中國科學院上海高等研究院提供