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4月17日，記者從中國科學院青島生物能源與過程研究所獲悉，該所聯(lián)合江漢大學、中國科學院理化技術(shù)研究所，開發(fā)出一種普適性關(guān)鍵金屬離子膜分離方法，可高效、綠色、有選擇性地提取鈾、銅、金等關(guān)鍵金屬資源。該方法有望解決傳統(tǒng)關(guān)鍵金屬資源提取技術(shù)高污染、低效率、高能耗的難題。相關(guān)研究成果于4月16日發(fā)表在《自然·納米技術(shù)》上。

一直以來，關(guān)鍵金屬資源的提取主要依賴溶劑萃取法，該方法依賴大量有機溶劑、酸等化學試劑，不僅成本高昂，還會帶來環(huán)境負擔。相比之下，膜分離法無需有機溶劑，可在電場、壓力或濃度梯度驅(qū)動下實現(xiàn)高效富集，被公認為是最綠色、最高效的分離方法。然而，由于關(guān)鍵金屬離子價態(tài)高，天然易吸附，在傳統(tǒng)認知中，吸附越強則越難脫附、更難以在膜內(nèi)傳輸，使得關(guān)鍵金屬離子的膜分離極具挑戰(zhàn)。

該研究中，研究團隊從生命系統(tǒng)中尋找靈感，他們注意到生物體內(nèi)的鈣離子通道具有“吸附越強，傳輸越快”的反常輸運性能。受此啟發(fā)，研究團隊提出一個大膽的科學假說：若能在人工膜材料中構(gòu)建寬度與單離子尺寸相當?shù)囊痪S通道，并在其內(nèi)壁修飾對目標金屬離子具有高親和力的功能基團，則有望實現(xiàn)類似生物通道的高效分離性能。

為驗證假說，研究團隊選擇了共價有機框架材料（COF）作為基礎平臺。研究人員選取了一種直徑略大于單個離子的COF膜，并在其孔壁上引入大量對鈾酰離子具有極強親和力的偕胺肟基團。在真實海水測試中，即使面對高濃度競爭離子，該膜仍能穩(wěn)定富集鈾。

進一步研究發(fā)現(xiàn)，這種仿生分離機制具有普適性。研究人員介紹，通過更換特異性吸附基團，該方法可拓展至銅、金等多種關(guān)鍵金屬離子的分離回收。此外，這種分離機制也適用于各種膜分離方法，包括擴散滲析、電滲析以及壓濾。

這項研究有望引發(fā)戰(zhàn)略性金屬資源提取技術(shù)的綠色變革。目前，研究團隊正在攻克規(guī)?；圃旆骡}離子通道分離膜難題，以期推動應用。

（研究團隊供圖）