一张复合薄膜 让盐湖水“吐”出铀来

简易提取装置。

□四川日报全媒体记者 兰珍 文/图
　　“这滴盐湖水能‘吐’出铀来。”3月23日，在电子科技大学微纳能源实验室里，博士金先淳一边说一边“手搓”出一个简易装置。这个装置仅有巴掌的1/4大小，由3层材料复合而成，顶层是铝电极，中间是超疏水氟化乙烯丙烯共聚物膜，底层是壳聚糖修饰的碳毡。
　　当含铀的盐湖水从高处滴落，撞击在这张薄膜上时，一场微观世界里的“捕铀行动”便悄然开启。
　　近日，电子科技大学教授薛欣宇、邢丽丽联合中国工程物理研究院研究员赵晓冲团队，凭借“自发式铀提取”技术，登上国际期刊Nature Sustainability，为全球铀资源供应开辟了新路径。
　　铀作为核能的“粮食”，是推动低碳转型的关键战略资源。中国核电装机容量位居世界第三，但铀矿资源先天不足：储量有限，且多为品位低、埋藏深的非常规铀，开采成本高昂，目前大部分依赖进口。
　　“很多人不知道，盐湖水就是一座隐形铀矿，其铀浓度相对较高，是极具潜力的替代资源库。”薛欣宇解释道。然而，在这座矿物宝库里找铀并非易事。在盐湖水中，钙、镁、钠、钾等干扰离子浓度远超铀离子数十万倍，就如同在一堆沙子里找一粒芝麻，如何精准提取、实现绿色低成本，成为困扰学界多年的世界级难题。
　　传统提取方法，如萃取、沉淀、催化等，要么消耗大量电能，要么使用化学试剂，经济性不佳，还存在污染风险。
　　有没有一种方式，能“借力打力”，就地取材？依托薛欣宇早年的理论研究，团队跳出固有思维，提出滴液驱动铀提取的新方法。
　　这项技术的核心，是一张看似普通的3层复合薄膜，堪称精密的“三合一”能量转化装置。
　　“顶层铝电极是电荷仓库；中间超疏水氟化乙烯丙烯共聚物膜像荷叶一样，接触角高达158°，能让液滴快速滚落减少能量损失；底层壳聚糖修饰的碳毡，就是专门‘钓’铀的‘鱼竿’。”金先淳拆解其中原理说，当卤水液滴撞击薄膜，固液界面瞬间产生高压电能，电子立即将吸附的六价铀还原并经后续的化学反应，最终形成稳定的铀沉淀物。
　　令人惊叹的是，整个过程无需任何外部电源，完全依靠液滴自身的重力势能驱动。“2023年，这套理论就已成型。”薛欣宇坦言。
　　理论可行，真实的实验场又会如何？
　　2024年，团队奔赴青海察尔汗盐湖开展实地检验。他们搭建起四级瀑布式装置，让盐湖水逐级滴落。40小时后，原本黑色的薄膜表面明显变黄，“这就是铀沉淀的颜色。”团队成员回忆起当时的场景，仍难掩激动。测试显示，提取效率高达80.3%，远超预期。
　　为何能精准捕获铀，排除杂质干扰？
　　薛欣宇给出答案：底层壳聚糖的官能团对铀的吸附能，远高于其他离子，就像磁铁只吸铁屑一样；中间超疏水氟化乙烯丙烯共聚物膜能最大化电荷输出；无需外接电源，既避免了副反应又降低了成本，每一步都经过反复验证。
　　更值得期待的是，这项机制还能“举一反三”。薛欣宇打了个比喻：机制就像一台通用的提取引擎，只要更换底层吸附薄膜，就能提取锂、钴等其他水溶性矿物。并且，装置材料常见、造价低廉，为推广铺平了道路。
　　从一滴水出发，让盐湖主动“交出”战略资源。或许在未来，盐湖里的每一滴卤水都能物尽其用，为国家能源安全注入新动力。