科学家开发出关键金属离子膜“绿色分离术”

本报讯（记者廖洋 通讯员张建鑫、孔凤茹）中国科学院青岛生物能源与过程研究所研究员高军团队联合江汉大学、中国科学院理化技术研究所研究人员，开发出一种普适的关键金属离子膜分离方法，可高效、绿色、选择性地提取铀、铜、金等多种对新能源至关重要的关键金属资源，有望解决传统提取技术高污染、低效率、高能耗的难题。近日，相关成果发表于《自然-纳米技术》。

关键金属资源的提取主要依赖溶剂萃取法，不仅成本高昂，更带来沉重的环境负担。近年来，无有机溶剂的吸附法备受关注，但吸附材料存在瓶颈。相比之下，膜分离法被认为是绿色高效的分离技术。

研究团队发现，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，对钙离子的吸附能力远强于钠离子，并且能从浓度高出数千倍的钠离子背景中精准识别并高速传输钙离子。这一特性源于两大机制，一是异常摩尔分数效应，二是离子单线状排列诱导的快速集体输运。

据此，团队提出假设——在人工膜内构建宽度与单离子尺寸相当的一维通道，并于内壁修饰对目标金属离子高亲和的功能基团，有望同时激发异常摩尔分数效应与快速集体输运，实现宏观尺度下类似生物通道的高效分离性能。

研究人员选取了一种直径略大于单个离子的共价有机框架材料膜，并在孔壁上引入大量偕胺肟基团——该基团已被证实对铀酰离子具有极强亲和力。实验结果表明，在真实海水中，该膜对钒的选择性高达734，比现有最佳吸附材料高一个数量级以上。即使面对高浓度竞争离子，膜仍能稳定富集铀，且无需化学再生。在0.2伏特低电压驱动下，铀的提取通量达到87.6毫克/克/天，铀分离速率比吸附材料高一个数量级以上。

相关论文信息：https://doi.org/10.1038/s41565-026-02147-8

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