海水中蕴藏有45亿吨的铀，是陆地铀储量的上千倍，能够满足未来核电长期发展的需求。但海水中的铀浓度极低，而杂质离子的浓度很高，使得海水中的铀提取工作面临巨大挑战。

近期，中国科学院近代物理研究所核化学研究室研究员白静等利用铀酰根（UO₂²⁺）和海水中主要杂质离子（K⁺、Na⁺、Ca²⁺及Mg²⁺）在水合离子直径上的显著差异（图a），创新性地提出了膜分离预富集铀和传统方法相结合的海水提铀思路。

为了达到膜分离预富集铀的目地，科研人员充分利用氧化石墨烯（GO）膜良好的离子分离特性，制备出甘氨酸交联的氧化石墨烯（GO-Gly）膜。甘氨酸的交联不但克服了GO膜在水溶液中易溶胀的缺陷，而且膜的通道直径满足铀和杂质离子分离的要求；更为重要的是，该通道尺寸在水溶液中可长期保持稳定，满足在海水中进行预富集铀的要求。

研究人员详细研究了GO-Gly膜在单一离子溶液（图b）和模拟海水（图c）两种体系下，对海水中铀及主要杂质离子的截留和富集性能。

本文的第一作者、中科院近物所博士生初剑介绍，研究发现，该膜对铀的截留率接近100%，并且仅明显富集模拟海水中的铀，而杂质离子浓度基本保持不变。GO-Gly膜所呈现的铀和主要杂质离子在截留和富集性能上的显著差异，表明其可作为一个候选材料用于海水中铀的预富集。膜分离预富集铀和传统方法相结合将有望大幅提高海水提铀的效率。

GO-Gly膜（a）及其分别对单一离子溶液（b）和模拟海水（c）中铀和杂质离子的分离和富集性能。初剑供图

相关论文信息:https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136602