中国发明神奇捞铀魔布！可从海水中大量吸铀，已实现关键突破？

你能想象用一块神奇的魔布，就能从海水中捞取大量的铀，供应给全世界日渐兴起的小型模块化核反应堆，从而为人类提供近乎无限的无碳能源吗？这种捞铀魔布已由中国东北师范大学的团队开发出来，并阐明了电化学机理，1克这种材料，24天就能从海水中捞出12.6毫克的铀，为大规模应用提供了巨大的潜力。

相比于美国18%的核发电量，中国2022年核电占比仅4.7%，不过近年来中国在核能上投入巨大，多种类型的反应堆同步开发，在模块化、小型化方面都取得了巨大进步，各项技术几乎都领先世界，在建核电机组也位居世界第一，总装机容量已排名第三。

然而中国的铀矿资源却极度匮乏，并且是以中低品位为主，2021年仅生产了1885吨铀，80%以上需要进口，2022年就进口了12200吨。随着更多核电机组的建成，更加安全的小型模块化核堆（SMR）的成熟，全球对铀的需求可能很快就会大幅增加，中国、美国、加拿大等已有多家公司在开发SMR，并陆续投入试运行，其目标都是想尽快抢占全球市场，可以想见，在不远的将来，全球就可能会陷入空前的缺“铀”危机。

目前市场上的铀，主要来自于哈萨克斯坦，占比约45%，纳米比亚12%，然后是加拿大、澳大利亚、乌兹别克斯坦、俄罗斯和尼日利亚，中国仅排在第八位。

根据世界核协会2023年8月的统计，地球上已探明的铀资源量为608万吨，其中澳大利亚占比28%位居第一，哈萨克斯坦13%，加拿大10%，中国仅有4%位居第9。

正是因为铀资源极度短缺，中国迫切需要找到更多的铀，那么这些铀要从哪里来呢？你很容易就会想到，海洋！相比于陆地上探明的608万吨铀，整个地球的海洋中蕴藏着45亿吨铀，可谓取之不竭，用之不尽。然而这45亿吨铀分散到全球的海水中，浓度仅为10亿分之3，要想提取出来，恐怕比登天还难，因为你要过滤30万吨海水，才能捞到1公斤的铀！

但铀的诱惑极其巨大，各国都投入了海水提铀的研发，英国最早在1950年代开启了牡蛎计划，试图通过无机吸附剂、液液萃取等方式，从海水中提取铀。美国、德国、日本、意大利等也先后投入研发，但率先取得突破的，却是中国的华东师范大学，1970年从海水中提取到了30克铀，成为国际上第一个从海水中捞铀的国家。

之后日本科学家发明了一种新的吸附剂，包含氢氧化钛和活性炭，1克吸附剂可以提取1毫克铀，1986年日本建成了年产10千克铀的海水提取厂，雄心勃勃想在2000年达到1000吨，不过很快就发现，里面杂质太多，经济效益太差，两年后不得不停止了运行。

与此同时，美国科学家也找到一种偕胺肟化吸附剂，在海水试验中达到了0.45mg/g的铀吸附量，并且循环10次后依然性能良好，之后含偕胺肟基团的材料，就成了海水捞铀研究的主流吸附材料。2012年，美国橡树岭国家实验室研发出一种名叫HiCap的吸附材料，达到了3.94mg/g的吸附量。

中国在沉寂了一段时间后，近年来也开始大力开展海水捞铀的研究，2021年，中科院上海高等研究院基于纳米膜技术，在南海建设了公斤级海试平台，达到了3.63mg/g的吸附量。

这次取得突破的是东北师范大学团队，注意，不是上面说的世界上第一个海水捞铀的华东师范大学，华东师范位于上海，东北师范位于吉林长春。东北师范大学团队使用的是电化学方法，具体来说，他们在柔软的碳纤维上构建了自立式、无粘合剂、无金属的多孔芳香骨架电极，这种多孔布就像一个个小口袋，里面装着可以吸附铀酰离子的改性偕胺肟基团。

当把这种布放入海水中，并加上石墨阳极通上电后，在交变电场的作用下，铀酰离子会被选择性地捕获，随后通过可逆电子转移生成铀酸钠氧化物{Na2O(UO3·H2O)x}沉淀下来。简单来说，这个过程就是通过电化学反应，先吸附铀酰离子，然后通过电子转移将其还原和氧化，最后形成可以收集的亮黄色沉淀物。

根据科学家们在天然海域进行的试验，这种方法在运行24天后达到了12.6mg/g的铀吸附量，并且仍未达到饱和，而且对常见的竞争离子也表现出令人满意的选择性。这是什么意思呢？海水中还有大量其他的金属离子，也就是所谓的杂质，也很容易被吸附，日本科学家们的雄心壮志就是被它们磨灭的，这句话说明，东北师范的这项研究，可能已经较好地解决了这个问题。

根据研究人员的说法，这是迄今为止世界上众多海水捞铀方式中，最快最多的吸附方法，并且阐明了PAF电极吸附催化过程中物质转化的机理，为海水捞铀的大规模应用提供了巨大的潜力。

是不是感觉很牛掰？世界核协会认为，海水提铀需要压低到国际铀价以下，才具备开采价值。美国2016年曾做过以一个技术成本分析，可以循环利用的吸附材料，需要达到11mg/g的铀吸附量，才能达到这个要求，所以，东北师范大学的这项研究，是不是已经超过了这个标准，实现了海水捞铀的关键突破呢？

这项研究发表在12月13日美国化学协会期刊《ACS Central Science》上。