提铀量达到百克量级!上大合作在海水提铀技术及工程化进程获重大进展

上海大学射线应用研究所马红娟研究员、中国科学技术大学李良彬教授以及中国科学院上海应用物理研究所许璐副研究员联合团队研发海水提铀新材料,在海水提铀技术及工程化进程中取得新进展,提铀量达到百克量级(www.Lgfp.net)。

目前,我国正处于调整能源结构的关键时期。实现我国碳达峰、碳中和目标,能源供应领域是重要的突破口。核电作为一种低碳清洁能源,是我国能源结构的重要组成部分,也是实现我国经济和环境协调发展、促进产业结构升级的重要能源保障。当前我国核电总装机容量已成为仅次于美国和法国的世界第三大国,并且是全球核电站在建规模最大的国家。然而我国陆地铀资源十分匮乏,到2030年铀燃料缺口接近90%,严重依赖于进口,对我国核能安全与发展造成严重威胁。相对于陆地铀资源,海水中蕴藏着约45亿吨铀,相当于全球陆地铀矿储量的一千倍。如能经济有效地利用海水中铀资源,将为我国核能的安全与发展提供重要资源和保障,同时也将为国家低碳清洁能源提供重要支持。

中试制备的纤维和薄膜吸附材料

尽管海洋中铀总量巨大,但其浓度极低,共存离子多,海洋环境复杂,如何实现海水提铀工业化是个巨大的挑战。近年来,海水提铀基础研究取得重要进展。研究团队发展的一种高强度具有互连开放纳米通道结构的纤维材料(AO-OpNpNc)在天然海水中,对铀的吸附容量达到17.57 mg-U/g,使用寿命为30个吸附-解吸循环。该吸附材料有望实现工业化海水提铀。现阶段海水提铀的主要困境是如何让这些高性能吸附材料从实验室走向海洋,开展海洋工程化试验,探索经济高效的利用海洋铀资源道路。

吸附材料海洋作业

马红娟研究员联合团队以辐射技术为主要手段,研发了以PE/PP纤维、UHMWPE纤维及UHMWPE双向拉伸膜为基材的高吸附容量、长使用寿命的吸附材料,解决了海水提铀材料工程化过程中诸多关键科学和工程问题,实现了材料中试放大重要技术突破。在海洋试验方面,联合团队得到中国科学院南海海洋研究所(海南三亚实验站)、桂林电子科技大学(广西北海分部)的大力支持。近期,联合团队已在我国东海、南海近海海域陆续投放了约30公斤纤维和薄膜吸附材料,开展大规模海洋吸附试验,已获得约1公斤的含铀混合物,提铀量达到百克量级。

脱附得到的含铀产物

经济性评估显示,采用联合团队研发的吸附材料和方法,提铀成本已经降低到与国际铀价相当($80.70–86.25/kg U)。本次海洋吸附试验的顺利开展,是我国海水提铀工业化进程中的一个重大突破,它将有助于推动着我国海水提铀向工程化、经济化的方向快速迈进。

未来,联合团队将继续坚持党中央“四个面向”的要求,面向国家“十四五”规划,贯彻新发展理念,强化海水提铀新材料与新工艺的研发力度,着力打好海水提铀关键核心技术攻坚战,为我国铀资源的安全与发展保驾护航。

来源:上海大学

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