从海水中提铀，不再仅限于实验室了。近日，国际欧亚科学院院士、中国科学院上海高等研究院绿色化学工程技术研究与发展中心姜标研究员团队，通过创制功能型纳米膜，成功开展了千克级海水提铀试验。这是我国首次基于功能纳米膜的最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，为推进我国碳中和具有重大意义。

【“要把这滴眼泪提取出来，并非易事”】

铀是核能事业发展的战略性原材料，而陆地铀的总储量仅够人类使用几十年，海水中赋存了约40亿吨铀，是陆地储量的近1000倍。

商业化海水提铀的关键，是找到经济可行的提取方法。日本在海水提铀半工业化方面走在了世界前列，但其成本相对较高，不具有经济性。美国曾在20世纪70年代开展过海水提铀研究，后因成本问题而暂停。

“30万吨海水中，仅含1千克铀，这就像一滴眼泪滴到了西湖，要把这滴眼泪提取出来，并非易事。”姜标说。用了近10年时间，该团队成功制备了铀吸附速率快、吸附容量高、使用寿命长的纳米纤维功能膜。

东海海域小规模试验

近年来，美国能源部橡树岭国家实验室发展了一种新型铀吸附剂，在海水中吸附能力为3.94克/千克，是此前报道过的最好的吸附材料。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材料的8.8倍。一根1米高的圆柱形工业膜组件，其有效吸附面积相当于一个足球场大小，全生命周期可吸附提取近600克的铀。

1米高的圆柱形工业膜组件

除了吸附性能好，这种纳米膜的离子选择性也非常好。“这和养鱼有点像，网一撒，进来的都是鱼。纳米膜对铀离子的选择性特别高，对海水中其他二十多种金属离子则不予理睬。”项目负责人之一、中科院上海高等研究院副研究员、中国科学院青年创新促进会会员李继香说。

【“千克级”何时能提升到“吨级”】

我国核电的快速发展，使得铀的年需求量将超过万吨，而我国铀年产量仅千吨，还有90%的缺口。我国迄今尚未建立海水提铀工厂。

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年首次在东海海域实施了海水提铀示范，获得了近20克的铀黄饼。2019年11月，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台，完成了100余支膜组件的投放试验。

姜标（左一）在作业现场

“千克级”何时能提升到“吨级”？眼下，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/千克，现在降到了150美元/千克，已接近目前国际上评价铀矿经济性的130美元/千克。“我们的提取成本还有很大下降空间，相信再过五六年，有望与陆地提铀的成本持平，届时有望达到‘吨级’水平。”姜标说。（作者 黄海华）