科技日报记者 宋迎迎
4月17日，记者从中国科学院青岛生物能源与过程研究所获悉，该所联合江汉大学、中国科学院理化技术研究所，开发出一种普适性关键金属离子膜分离方法，可高效、绿色、有选择性地提取铀、铜、金等关键金属资源。该方法有望解决传统关键金属资源提取技术高污染、低效率、高能耗的难题。相关研究成果于4月16日发表在《自然·纳米技术》上。
一直以来，关键金属资源的提取主要依赖溶剂萃取法，该方法依赖大量有机溶剂、酸等化学试剂，不仅成本高昂，还会带来环境负担。相比之下，膜分离法无需有机溶剂，可在电场、压力或浓度梯度驱动下实现高效富集，被公认为是最绿色、最高效的分离方法。然而，由于关键金属离子价态高，天然易吸附，在传统认知中，吸附越强则越难脱附、更难以在膜内传输，使得关键金属离子的膜分离极具挑战。
该研究中，研究团队从生命系统中寻找灵感，他们注意到生物体内的钙离子通道具有“吸附越强，传输越快”的反常输运性能。受此启发，研究团队提出一个大胆的科学假说：若能在人工膜材料中构建宽度与单离子尺寸相当的一维通道，并在其内壁修饰对目标金属离子具有高亲和力的功能基团，则有望实现类似生物通道的高效分离性能。
为验证假说，研究团队选择了共价有机框架材料（COF）作为基础平台。研究人员选取了一种直径略大于单个离子的COF膜，并在其孔壁上引入大量对铀酰离子具有极强亲和力的偕胺肟基团。在真实海水测试中，即使面对高浓度竞争离子，该膜仍能稳定富集铀。
进一步研究发现，这种仿生分离机制具有普适性。研究人员介绍，通过更换特异性吸附基团，该方法可拓展至铜、金等多种关键金属离子的分离回收。此外，这种分离机制也适用于各种膜分离方法，包括扩散渗析、电渗析以及压滤。
这项研究有望引发战略性金属资源提取技术的绿色变革。目前，研究团队正在攻克规模化制造仿钙离子通道分离膜难题，以期推动应用。
（研究团队供图）
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