兰大科研团队发明了神奇的“淘铀”膜

　　近日，兰州大学稀有同位素前沿科学中心的研究团队成功在二维膜的仿生构筑与卤水中铀元素精准分离领域取得了重要进展。这项研究成果让人们看到了从卤水中“淘铀”的可能性。

　　众所周知，我国的铀矿资源并不丰富，大量依赖进口，严重威胁着我国的核安全。不过，好消息是，海水和我国西部盐湖中其实藏着大量的低浓度铀酰。想从卤水复杂体系中经济、有效地提取低浓度铀酰是目前的难题。于是，兰州大学研究团队的目标是开发出一种既高效又环保的膜材料，能精准“锁定”铀酰，同时把其他杂七杂八的离子拒之门外。

　　膜分离技术听起来很高端，但它其实已经在海水淡化、废水处理等领域广泛应用。然而，传统膜技术在面对复杂体系时，就显得力不从心，选择性不够高。近年来，二维材料，如氧化石墨烯（GO），因其极高的表面积、可调节的孔隙结构及优异的机械性能，成为膜材料研究的新宠。不过，氧化石墨烯膜也有自己的弱点，它的层间结合主要靠范德华力和 堆积，就像一叠松散的煎饼，遇到高压或者长时间使用时，容易出现结构破损。

　　为了让这张膜更结实，研究团队通过与生物材料的结合来增强膜的机械强度和稳定性。他们受植物细胞壁在压力下重组为更强、更致密结构的现象中找到了灵感。他们发现，通过施加外部压力，可以让柔性生物材料与二维材料层紧密结合，从而显著提高膜的稳定性和机械性能。于是，他们提出了一种创新的二维仿生膜构筑策略：利用二维材料与工程细菌之间的电荷排斥作用，诱导液晶结构的形成，并在聚醚砜膜表面实现逐层自组装。简单来说，就是用细菌“压平”膜层，去掉多余水分，靠氢键作用把膜“粘”得牢牢的。结果，这张膜的机械强度提升了12.42倍。

　　当然，光有机械强度还不够，毕竟这张膜的最终任务是精准捕获铀酰。研究团队在细菌表面引入了一种名为“超铀结合蛋白”的神奇物质，这种蛋白对铀酰有着超强的“吸引力”。实验结果显示，这张复合膜对铀酰的拦截率接近100%，而钠离子、钾离子等其他离子则被放行。研究人员还通过实验分析和荧光显微镜确认了超铀结合蛋白的成功表达，并揭示了铀酰与膜功能基团之间发生化学吸附的机制。这张膜不仅会“抓铀”，还知道“怎么抓”。

　　随着核能产业的快速发展，铀的需求量只会越来越大，而这种基于超铀结合蛋白的复合膜技术为高效回收铀资源提供了全新的解决方案。这项技术还可以推广到其他领域，比如水处理、废水回收以及能源回收等，帮助解决资源短缺和环境污染等全球性问题。

　　相关成果发表在了国际顶级期刊《Advanced Materials》。

　　兰州大学核科学与技术学院的博士研究生吕紫霄为论文第一作者，兰州大学稀有同位素前沿科学中心的青年研究员田龙龙和研究员李湛为共同通讯作者。该工作得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金、甘肃省重点人才项目、甘肃省重点研发计划以及中央高校项目的资助支持。