北京
隨著“雙碳”目標(biāo)加速推進(jìn)，風(fēng)能、光伏、電動(dòng)汽車、核能等清潔能源技術(shù)迅猛發(fā)展，對(duì)特定重金屬元素的需求呈現(xiàn)指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，部分重金屬元素對(duì)外依存度高，甚至面臨嚴(yán)重短缺風(fēng)險(xiǎn)。在此背景下，能否實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵金屬的高效回收、替代提取與循環(huán)利用，直接關(guān)系到國(guó)家在新能源時(shí)代產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力和科技自主權(quán)，是提升核心競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵。
中國(guó)科學(xué)院青島生物能源與過程研究所、太陽能光電轉(zhuǎn)化與利用全國(guó)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室高軍研究員、李朝旭教授聯(lián)合中國(guó)科學(xué)院理化技術(shù)研究所江雷研究員等人組成科研團(tuán)隊(duì)，成功開發(fā)出一種受生物鈣離子通道啟發(fā)的普適性重金屬離子膜分離方法，可高效、綠色、選擇性地提取多種對(duì)新能源至關(guān)重要的重金屬資源，有望解決傳統(tǒng)重金屬資源提取技術(shù)高污染、低效率、高能耗的長(zhǎng)期難題。
研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，生物體內(nèi)鈣離子通道能在高濃度鈉離子中精準(zhǔn)、高速傳輸鈣離子，核心在于“異常摩爾分?jǐn)?shù)效應(yīng)”和“離子單線狀排列誘導(dǎo)的快速集體輸運(yùn)”兩大機(jī)制。前者讓高親和力離子占據(jù)狹窄通道并排斥雜質(zhì)，后者通過離子間靜電排斥降低傳輸阻力。基于此，團(tuán)隊(duì)提出假說：在人工膜中構(gòu)建單離子尺寸的一維通道，并修飾高親和力功能基團(tuán)，可實(shí)現(xiàn)高效分離。
團(tuán)隊(duì)選用共價(jià)有機(jī)框架材料作為基礎(chǔ)平臺(tái)，通過在孔壁引入對(duì)鈾酰離子親和力極強(qiáng)的偕胺肟基團(tuán)，成功模擬了生物通道的反常輸運(yùn)特性。實(shí)驗(yàn)顯示，該膜在真實(shí)海水中對(duì)釩的選擇性達(dá)734，較現(xiàn)有最佳吸附材料提升一個(gè)數(shù)量級(jí)，分離速率同樣優(yōu)于吸附材料一個(gè)數(shù)量級(jí)，且無需化學(xué)再生，從根本上避免了二次污染。
這項(xiàng)技術(shù)通過更換功能基團(tuán)可拓展至銅、金等多種金屬提取，有望推動(dòng)關(guān)鍵金屬提取向綠色化、高效化變革，為我國(guó)礦產(chǎn)供應(yīng)鏈自主可控提供技術(shù)支撐。
來源：中央廣播電視總臺(tái)
責(zé)任編輯：侯茜
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