記者20日從蘭州大學(xué)獲悉，該校稀有同位素前沿科學(xué)中心陳熙萌、李湛研究團(tuán)隊(duì)在二維膜的仿生構(gòu)筑與鹵水鈾元素精準(zhǔn)分離領(lǐng)域取得了重要進(jìn)展。團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種基于電荷組裝與氫鍵作用的二維仿生膜技術(shù)，在精確離子分離鹵水鈾元素方面表現(xiàn)出色。相關(guān)研究于日前發(fā)表在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《先進(jìn)材料》上。
我研究團(tuán)隊(duì)研發(fā)出一種基于電荷組裝與氫鍵作用的二維仿生膜技術(shù)。受訪者供圖
錒系元素鈾是核工業(yè)領(lǐng)域的核心戰(zhàn)略資源。長(zhǎng)期以來，我國(guó)鈾礦資源匱乏。海水及我國(guó)西部鹽湖等鹵水資源中雖含大量低濃度鈾酰離子，但是從鹵水復(fù)雜體系中經(jīng)濟(jì)、有效地提取低濃度鈾酰是一大難題。
“作為一種綠色、高效的分離方法，膜分離在海水淡化、廢水處理、鈾提取等任務(wù)中具有很強(qiáng)的應(yīng)用性。但目前，其對(duì)復(fù)雜體系的分離選擇性低，膜材料的選擇性分離能力至關(guān)重要。”團(tuán)隊(duì)主要成員、稀有同位素前沿科學(xué)中心教授李湛介紹，近年來，二維材料如氧化石墨烯（GO）成為膜材料研究的焦點(diǎn)，然而氧化石墨烯膜的層間相互作用主要依賴范德華力和π-π堆積，導(dǎo)致其在高壓或長(zhǎng)時(shí)間使用下容易出現(xiàn)結(jié)構(gòu)破損，制約了該方法在實(shí)際應(yīng)用中的可行性。
研究團(tuán)隊(duì)受植物細(xì)胞壁在壓力下能夠重組為更強(qiáng)、更致密結(jié)構(gòu)的自然啟發(fā)，創(chuàng)新性地將氧化石墨烯（GO）與工程細(xì)菌結(jié)合，通過電荷排斥成功誘導(dǎo)液晶結(jié)構(gòu)的形成，并利用外部壓力壓平細(xì)菌、去除層間水分，構(gòu)建出致密且穩(wěn)定的二維仿生膜。研究結(jié)果表明，新型膜不僅機(jī)械強(qiáng)度較純氧化石墨烯膜提升12.42倍，更實(shí)現(xiàn)了對(duì)鈾酰離子的精準(zhǔn)捕獲。“這一突破性的研究成果為海水中的鈾提取提供了高效、可持續(xù)的技術(shù)路徑。”李湛說。
團(tuán)隊(duì)主要成員、蘭州大學(xué)青年研究員田龍龍介紹，該膜兼具高選擇性、強(qiáng)穩(wěn)定性和低能耗特點(diǎn)，為我國(guó)鈾資源的高效回收提供了創(chuàng)新解決方案，有望推動(dòng)鈾資源回收產(chǎn)業(yè)化。未來可拓展應(yīng)用至廢水處理、稀有金屬回收等領(lǐng)域。目前，團(tuán)隊(duì)正優(yōu)化膜結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與規(guī)模化制備工藝，加速推進(jìn)技術(shù)落地應(yīng)用。
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