From bench to buoy: challenges in seawater uranium extraction

IF 7.4 2区 材料科学 Q1 MATERIALS SCIENCE, MULTIDISCIPLINARY
Zhenli Sun  (, ), Hanyang Wang  (, ), Zhongshan Chen  (, ), Xishi Tai  (, ), Jiehong Lei  (, ), Baowei Hu  (, ), Suhua Wang  (, ), Xiangke Wang  (, )
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Abstract

作为低碳能源体系的重要组成部分, 核能的可持续发展依赖于铀资源的长期稳定供给. 鉴于陆地铀资源储量有限且分布不均, 海水提铀被认为是具有重要战略意义的补充途径. 近年来, 围绕化学配位、 吸附过程调控、 光/电催化等机制, 多种新型材料体系不断涌现, 包括多孔有机框架、 碳基材料、 金属氧化物及功能化纤维和膜材料等, 并在实验室研究中取得了显著进展, 在提升铀酰离子选择性识别、 还原转化能力及循环稳定性方面展现出良好的应用前景. 然而, 海水中铀浓度极低且体系高度复杂, 多种高浓度竞争离子、 有机质、 微生物以及复杂多变的海洋环境条件共存, 在实现高选择性、 高稳定性和低成本的铀提取中面临重大挑战. 本文总结了海水铀提取领域的代表性研究成果, 分析了实验室研究向真实海洋环境过程中材料稳定性、 生物污染、 环境安全性、 成本控制及测试标准等方面所面临的关键问题, 并对未来发展方向进行了展望, 以及发展人工智能驱动的材料设计策略在推动海水铀资源可持续利用中的关键作用.

从工作台到浮标:海水铀提取的挑战
作为低碳能源体系的重要组成部分, 核能的可持续发展依赖于铀资源的长期稳定供给. 鉴于陆地铀资源储量有限且分布不均, 海水提铀被认为是具有重要战略意义的补充途径. 近年来, 围绕化学配位、 吸附过程调控、 光/电催化等机制, 多种新型材料体系不断涌现, 包括多孔有机框架、 碳基材料、 金属氧化物及功能化纤维和膜材料等, 并在实验室研究中取得了显著进展, 在提升铀酰离子选择性识别、 还原转化能力及循环稳定性方面展现出良好的应用前景. 然而, 海水中铀浓度极低且体系高度复杂, 多种高浓度竞争离子、 有机质、 微生物以及复杂多变的海洋环境条件共存, 在实现高选择性、 高稳定性和低成本的铀提取中面临重大挑战. 本文总结了海水铀提取领域的代表性研究成果, 分析了实验室研究向真实海洋环境过程中材料稳定性、 生物污染、 环境安全性、 成本控制及测试标准等方面所面临的关键问题, 并对未来发展方向进行了展望, 以及发展人工智能驱动的材料设计策略在推动海水铀资源可持续利用中的关键作用.
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Science China Materials
Science China Materials Materials Science-General Materials Science
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期刊介绍: Science China Materials (SCM) is a globally peer-reviewed journal that covers all facets of materials science. It is supervised by the Chinese Academy of Sciences and co-sponsored by the Chinese Academy of Sciences and the National Natural Science Foundation of China. The journal is jointly published monthly in both printed and electronic forms by Science China Press and Springer. The aim of SCM is to encourage communication of high-quality, innovative research results at the cutting-edge interface of materials science with chemistry, physics, biology, and engineering. It focuses on breakthroughs from around the world and aims to become a world-leading academic journal for materials science.
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GB/T 7714-2015
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