北京
隨著“雙碳”目標加速推進，風能、光伏、電動汽車、核能等清潔能源技術迅猛發展，對特定重金屬元素的需求呈現指數級增長，部分重金屬元素對外依存度高，甚至面臨嚴重短缺風險。在此背景下，能否實現關鍵金屬的高效回收、替代提取與循環利用，直接關系到國家在新能源時代產業競爭力和科技自主權，是提升核心競爭力的關鍵。
中國科學院青島生物能源與過程研究所、太陽能光電轉化與利用全國重點實驗室高軍研究員、李朝旭教授聯合中國科學院理化技術研究所江雷研究員等人組成科研團隊，成功開發出一種受生物鈣離子通道啟發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新能源至關重要的重金屬資源，有望解決傳統重金屬資源提取技術高污染、低效率、高能耗的長期難題。
研究團隊發現，生物體內鈣離子通道能在高濃度鈉離子中精準、高速傳輸鈣離子，核心在于“異常摩爾分數效應”和“離子單線狀排列誘導的快速集體輸運”兩大機制。前者讓高親和力離子占據狹窄通道并排斥雜質，后者通過離子間靜電排斥降低傳輸阻力。基于此，團隊提出假說：在人工膜中構建單離子尺寸的一維通道，并修飾高親和力功能基團，可實現高效分離。
團隊選用共價有機框架材料作為基礎平臺，通過在孔壁引入對鈾酰離子親和力極強的偕胺肟基團，成功模擬了生物通道的反常輸運特性。實驗顯示，該膜在真實海水中對釩的選擇性達734，較現有最佳吸附材料提升一個數量級，分離速率同樣優于吸附材料一個數量級，且無需化學再生，從根本上避免了二次污染。
這項技術通過更換功能基團可拓展至銅、金等多種金屬提取，有望推動關鍵金屬提取向綠色化、高效化變革，為我國礦產供應鏈自主可控提供技術支撐。
來源：中央廣播電視總臺
責任編輯：侯茜
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