Kinija turi daug sūrymo išteklių, tokių kaip druskos ežerai ir jūros vanduo, ir šiuose sūrymuose yra daug strateginių elementų, tokių kaip uranas ir litis. Efektyvi šių išteklių plėtra gali ne tik pagerinti pagrindinių žaliavų apsirūpinimo rodiklį, bet ir turi didelę reikšmę nacionaliniam strateginiam saugumui.
Tačiau tradicinė gavybos technologija susiduria su didžiuliais iššūkiais dėl savo brangumo, didelio energijos suvartojimo ir didelės taršos, todėl jai skubiai reikia technologinių naujovių. Priešingai, membraninio atskyrimo technologija tapo potencialiu pirmiau minėtų problemų sprendimu, nes jos pranašumai yra didelis selektyvumas, mažas poveikis aplinkai ir mažas energijos suvartojimas.
Membranų atskyrimo technologijos pagrindas yra atskyrimo membranų tyrimai ir plėtra. Tačiau tradicinės atskyrimo membranos daugiausia priklauso nuo porų dydžio atrankos, todėl sunku atskirti panašaus dydžio hidratuotus jonus.
Dvimatės membranos, kaip besiformuojanti atskyrimo membrana, turi didelį pritaikymo potencialą jonų ir molekulių atskyrimo srityje dėl kontroliuojamo tarpsluoksnių atstumo ir lengvai funkcionalizuojamų pavienių atominių vienetų.
Tačiau dvimačių membranų tarpsluoksnio masės perdavimo erdvė yra per maža (subnanometrinis lygis), o subnanometrinio porų tikslaus valdymo ir funkcinio modifikavimo realizavimas vis dar susiduria su didžiuliais iššūkiais.
Remdamiesi tuo, kas išdėstyta pirmiau, profesorius Chen Ximeng ir mokslininko Li Zhan komanda iš Landžou universiteto Švietimo ministerijos Retų izotopų mokslo centro pasiūlė dvimačių membranų masės perdavimo kanalų dydžio kontrolės ir funkcinio modifikavimo strategijų seriją. ir padarė didelę pažangą tikslaus urano ir ličio identifikavimo ir veiksmingo atskyrimo sudėtingose sūrymo sistemose srityje. Šie pasiekimai ne tik suteikia naujų technologijų strateginiams urano ir ličio ištekliams išgauti, bet ir skatina pasaulinį energetinį saugumą bei aplinkos tvarumą.
Nauja pažanga urano gavyboje iš jūros vandens naudojant dvimates bioinžinerines membranas
Mokslininkų komanda įterpė Escherichia coli, modifikuotą superuranilą rišančiu baltymu (SUP) į dvimatį (2D) MXene (Ti3C2TX) sluoksnį ir sukūrė „į knygą panašios struktūros“ dvimatę daugiafunkcinę kompozitinę membraną per slėgio tendenciją. -surinkimo procesas, kurio metu buvo tiksliai identifikuoti ir efektyviai atskirti uranilo jonai jūros vandenyje.
SUP suteikia bioneorganinei hibridinei membranai itin didelį selektyvumą uranilo jonams, o sukonstruota Escherichia coli pagerina membranos mechaninį stiprumą ir ekonomiškumą. Eksperimentiniai rezultatai rodo, kad membrana užtikrina tikslų uranilo jonų identifikavimą ir puikų jonų atrankos efektyvumą (SFU/V≈43, SFNa/U≈158).
Puikus atskyrimo efektyvumas ir ciklinio stabilumo testai įrodo membranos pramoninio panaudojimo galimybes. Šis tyrimo rezultatas 2024 m. lapkričio mėn. buvo paskelbtas garsiame Amerikos chemijos draugijos žurnale Nano Letters, pavadintame „Sluoksniuotos bio-neorganinės MXene membranos: ekologiškas urano išgavimo iš jūros vandens metodas, naudojant genetiškai modifikuotą E. coli“. Magistrantūros studentas Mao Xiaonanas yra pirmasis šio straipsnio autorius, o Li Zhan, Landžou universiteto Retų izotopų pasienio mokslo centro tyrėjas, ir jaunasis mokslininkas Tianas Longlongas yra bendradarbiaujantys šio straipsnio autoriai.
Dvimatė daugiafunkcinė kompozitinė membrana padeda naujai ličio gavybos iš druskingų ežerų technologijai
Mokslininkų grupė panaudojo sinergetinį poveikį tarp metalų, kad sukurtų naujo tipo bimetalinę organinę karkasą (MOF) / grafeno oksido (GO) sudėtinę membraną tarp grafeno oksido sluoksnių. Tai reiškia, kad 2-metilimidazolas patenka į tarpinį grafeno oksido sluoksnį kambario temperatūroje, o Zn2+ ir Co2+ paimami grafeno oksido nanosluoksniais ir sudaro stiprius koordinacinius ryšius su imidazolo ligandais. , realizuojant ZIF-8 ir ZIF-67 in situ sintezę grafeno tarpsluoksnyje oksidas.
Šiame darbe iš esmės paaiškinama nauja šoninių nevienalyčių kanalų sintezės strategija, naudojant jonų mainų strategiją dvimatėje subnano erdvėje ir naudojama ličiui išgauti iš tikrų druskos ežerų, o jo atskyrimo koeficientas ličiui ir magniui gali siekti 191. Ši naujoviška membrana medžiaga ne tik padidina ličio išgavimo pajėgumus, bet ir pašalina daugelį esamų technologijų trūkumų, suteikdama cinko tirpalą tvariai išgauti ličio išteklių iš druskingų ežerų.
Šis tyrimo rezultatas buvo paskelbtas Amerikos chemijos draugijos žurnale „Nano Letters“ pavadinimu „2D membranos, sujungtos su bimetaliniais metaliniais organiniais karkasais, skirtais ličio atskyrimui iš sūrymo“. Yuan Furong, magistrantūros studentas, bendrai apmokytas Lanzhou universiteto ir Činghajaus druskos ežerų instituto, Kinijos mokslų akademijos, yra pirmasis šio straipsnio autorius, o Peng Jiaoyu, Činghajaus druskos ežerų instituto asocijuotas tyrėjas, ir Li Zhan. , Landžou universiteto Retų izotopų mokslo centro tyrėjas, yra atitinkami autoriai.
Be to, tyrėjų komanda taip pat sukūrė porėtą ZnFe2O4 / ZnO nanosluoksnį ir įdėjo jį į sub-nano tarpsluoksnį kanalą, reguliuojamą Ag +, sudarydama unikalią dvimatę nevienalyčio kanalo struktūrą.
Šiame kanale deguonies atomai neša neigiamus krūvius ir stipriai sąveikauja su didelio krūvio tankio magnio jonais, taip tiksliai „užfiksuodami“ magnio jonus, o ličio jonai gali greitai praeiti. Šis mechanizmas skiriasi nuo tradicinio paviršiaus krūvio atstūmimo mechanizmo, kuris priklauso tik nuo krūvio atstūmimo membranos paviršiuje, o įkrovos fiksavimo mechanizmas pasižymi didesniu selektyvumu, nes pasiekiamas tikslus jonų gaudymas tarpsluoksnio struktūroje.
Tyrimo rezultatai buvo paskelbti „Advanced Science“ pavadinimu „Fine-Tunning 2D Heterogeneous Channels for Charge-Lock Enhanced Lithium Separation from Sūrymas“. Doktorantas Hao Yaxin yra pirmasis šio straipsnio autorius, o tyrėjas Li Zhan iš Landžou universiteto Retų izotopų pasienio mokslo centro yra atitinkamas šio straipsnio autorius.
Profesorius Chen Ximeng ir profesorius Wu Wangsuo pateikė svarbių minėtų darbų tobulinimo pasiūlymų. Minėtam darbui vadovavo Landžou universiteto Retų izotopų pasienio mokslo centras, o Kinijos mokslų akademijos Činghajaus druskos ežerų institutas ir Činghajaus tautybių universitetas suteikė tvirtą paramą šiam darbui. Minėti tyrimai buvo finansuojami iš Nacionalinės pagrindinių mokslinių tyrimų ir plėtros programos, Kinijos nacionalinio gamtos mokslų fondo ir Landžou universiteto centrinio universiteto pagrindinių tyrimų verslo išlaidų kelių komandų projekto.
[straipsnio nuoroda]
Nano raidės: https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04709
Nano raidės: https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.nanolett.4c04040
Išplėstinis mokslas: https://doi.org/10.1002/advs.202406535