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日前，記者從中科院理化技術研究所獲悉，在該所仿生智慧介面科學中心江雷院士的指導下，聞利平課題組開發了一種基於固有微孔聚合物的仿生分級多孔吸附膜，可以實現從海水中高效提鈾，這一微結構設計方案可推廣到一大類微孔聚合物吸附劑設計中，實現核能原料的可持續提供。相關成果近日發表於《自然—可持續發展》。
當今世界能源需求不斷攀升，核能作為清潔能源，是應對能源危機的重要手段之一。鈾是核能發展必不可少的元素，而我國是一個貧鈾國家，這使得鈾資源的開發充滿挑戰。
海水中鈾的蘊藏量超過了40億噸，相當於陸地鈾礦儲量的1000倍，從海水中有效提鈾將助力我國核工程領域長久發展。然而，海水中的鈾濃度相對較低，因此，開發出選擇性好、吸附容量高、可重複使用的海水提鈾吸附劑尤為重要，也是這一領域的重要挑戰。
固有微孔聚合物因高比表面積與豐富的吸附位點在吸附領域具有廣闊前景，然而微孔內較高的傳質阻力常常會導致離子擴散受阻，表現出的吸附效能不盡如人意。自然界中存在大量的分形結構，如動物血管、植物導管等。這些分形結構可以最小的能量消耗在最大程度上實現物質交換與傳遞。將分級多孔結構引入吸附劑內部，可以有效解決離子在三維無序的微孔內擴散受阻的問題。
受此啟發，聞利平課題組開發了一種基於固有微孔聚合物的仿生分級多孔吸附膜，其中逐級遞減的孔徑結構允許鈾醯離子在膜內快速擴散，進而充分利用微孔內豐富的吸附位點。測試表明，該分級多孔膜可以將吸附容量提升至原來的20倍。此外，該膜在天然海水中進行了為期4周的吸附測試，結果顯示其吸附容量達到了9.03毫克/克，處於世界領先地位。
來源：中國科學院
