211service.com
Nowatorski materiał daje nadzieję na wydobycie uranu z wody morskiej
Nowe badania sugerują, że nowy materiał mógłby potencjalnie zostać wykorzystany do wydajniejszej ekstrakcji uranu z wody morskiej.
Oceany na świecie zawierają prawie tysiąc razy więcej uranu niż rezerwy konwencjonalne, a naukowcy spędzili dziesięciolecia, próbując opracować skuteczny sposób jego wydobycia. Eksperci twierdzą, że opracowanie takiej technologii jest ważne, ponieważ może ona służyć jako zabezpieczenie na wypadek, gdyby dostawy uranu do reaktorów jądrowych kiedykolwiek stały się ograniczone.
Najbardziej zaawansowany obecnie system wykorzystuje włókna z tworzywa sztucznego z wszczepionymi na ich powierzchni grupami chemicznymi wiążącymi uran. Teraz naukowcy kierowani przez Wenbin Lin , profesor chemii na Uniwersytecie Północnej Karoliny w Chapel Hill, zaprojektował strukturę metaloorganiczną (MOF) do zbierania powszechnych jonów zawierających uran rozpuszczonych w wodzie morskiej. W testach laboratoryjnych materiał był co najmniej czterokrotnie lepszy niż konwencjonalny plastikowy adsorbent w pobieraniu potencjalnego paliwa jądrowego ze sztucznej wody morskiej.
Struktury metaloorganiczne są uważane za bardzo obiecujące w przypadku niektórych zastosowań technologicznych, w tym magazynowania gazu i separacji chemicznej. Ich strukturę można dostosować do różnych celów. Pozwala to na uczynienie ich wyjątkowo porowatymi, co skutkuje bardzo dużymi obszarami powierzchni – o rząd wielkości większymi niż w przypadku zeolitów, porowatego materiału już używanego w wielu komercyjnych adsorbentach. Podobnie jak polimery organiczne, szkielety metaloorganiczne mają powierzchnie, które można modyfikować, aby wiązały się z określonymi cząsteczkami.
Jednym z powodów, dla których skuteczne pobieranie jonów zawierających uran z wody morskiej jest trudne, jest fakt, że występują one w niezwykle niskim stężeniu trzech części na miliard. Przyjęta metoda, która została zademonstrowana na dość dużą skalę, polega na zrzucaniu do oceanu dużych ilości plastikowego adsorbentu i pozostawieniu go na kilka tygodni przed jego odzyskaniem i wywiezieniem uranu. Ale ocean zawiera wiele innych jonów, które mogą wiązać się z adsorbentem i blokować przywieranie uranu.
Najbardziej zaawansowane materiały, które można wielokrotnie wykorzystać, mogą pobierać od trzech do czterech miligramów uranu na gram plastiku za każdym razem, gdy są używane, mówi Costas Tsouris , naukowiec z Oak Ridge National Laboratory, który pracuje nad tym systemem.
W laboratorium, bez konkurencji z innymi jonami, materiał Lin zebrał ponad 200 miligramów uranu na gram adsorbentu. To powinowactwo do uranu, mówi Lin, wynika z precyzyjnego zaprojektowania trójwymiarowej struktury materiału. Organiczne grupy chemiczne, które chwytają uran, są rozmieszczone w porach struktury metaloorganicznej, tworząc kieszenie wiążące, mówi. Badanie zostało opublikowane w zeszłym miesiącu w czasopiśmie Royal Chemical Society Nauka chemiczna .
Tsouris nazywa wyniki bardzo zachęcającymi, ale ostrzega, że dopiero się okaże, jak materiał będzie się zachowywał w bardziej realistycznych warunkach. W prawdziwej wodzie morskiej, gdzie inne jony rywalizowałyby o przyczepienie, materiał prawdopodobnie nie działałby tak dobrze, jak w demonstracji laboratoryjnej, mówi Ericha Schneidera , profesor inżynierii jądrowej i radiacyjnej na University of Texas w Austin, który również nie był zaangażowany w nowe badania.
Niemniej jednak nowy materiał jest bardzo obiecujący, mówi Schneider, po prostu dlatego, że działał lepiej niż najlepsze dostępne materiały w podobnych warunkach.
Według Schneider, uran otrzymywany w dzisiejszych czasach tradycyjnym procesem kosztowałby od 1000 do 2000 dolarów za kilogram – około 10 do 20 razy więcej niż obecna cena rynkowa. (Jednak cena uranu wzrosła do około 300 dolarów za kilogram dopiero w 2007 r.) Nowy proces może znacznie obniżyć te koszty.
Lin uważa, że w końcu możliwe będzie opracowanie struktury metaloorganicznej, która będzie co najmniej kilka razy lepsza niż obecny system. Jest przekonany, że jego laboratorium może wykorzystać możliwości przestrajania tych hybrydowych materiałów, aby poprawić ich powinowactwo do jonów zawierających uran i wyeliminować słabości, które mogą ujawnić dalsze testy.