Міжнародна дослідницька група під керівництвом Австралії, до якої входить основна група вчених ANSTO, виявила, що легування багатообіцяючого матеріалу забезпечує простий та ефективний метод, що дозволяє видобувати уран з морської води. Дослідження, опубліковане в журналі Energy Advances та представлене, може допомогти у розробці нових матеріалів, високоселективних по відношенню до урану, ефективних та економічно вигідних.
Уран — дуже цінний мінерал, який використовується як джерело палива в ядерних реакторах по всьому світу.
«В океанах багато урану, у тисячу разів більше, ніж у надрах, але він справді розбавлений, тому його дуже важко витягти. Основна проблема полягає в тому, що інші речовини в морській воді, солі та мінералах, такі як залізо та кальцій, присутні у набагато більших кількостях, ніж уран», — пояснила провідний науковий співробітник доктор Джесіка Велишек Керолан.
Шаруваті подвійні гідроксиди, матеріали, які привернули увагу своєю здатністю видаляти метали досить легко виготовляються і можуть бути модифіковані для поліпшення їх роботи. Оскільки ці шари мають позитивні та негативні заряди, їх можна адаптувати для уловлювання певних речовин, таких як уран.
Були випробувані легуючі домішки лантанідів: неодим, європій та тербій. Додавання неодиму до шаруватих подвійних гідроксидів (ЛДГ) покращило їхню здатність вибірково вловлювати уран із морської води — дуже складний процес, над яким вчені працюють уже довгий час.
Синтезовані матеріали були охарактеризовані з використанням різних методів, включаючи скануючу трансмісійну електронну мікроскопію (STEM) та скануючу електронну мікроскопію (SEM) в лабораторії мікроскопії ANSTO під керівництвом доктора Деніела Олдфілда та в UNSW під керівництвом Ювея Янга.
Коли до СДГ (MgAlNd) був доданий неодим, ці матеріали віддали перевагу урану десяти іншим, більш поширеним елементам, виявленим у реальній морській воді. Важливо відзначити, що експерименти проводилися в умовах, близьких до морської води. Найважливішим відкриттям стало те, що легуюча домішка неодим змінює спосіб зв’язування урану з ЛДГ.
Дослідницька група також використовувала рентгенівську абсорбційну спектроскопію (XAS) та м’яку рентгенівську спектроскопію на австралійському синхротроні ANSTO, щоб з’ясувати октаедричне координаційне середовище, ступінь окислення та механізм адсорбції відповідно. Їм допомагали вчені-інструментальники доктор Джессіка Гамільтон та доктор Ларс Томсен, співавтори статті.
Рентгенівські вимірювання показали, що в умовах морської води видалення урану відбувається за допомогою процесу, в якому атоми урану утворюють комплекси на поверхні СДГ шляхом заміни нітрат-іонів у шарах СДГ аніонами уранілкарбонату з морської води.
Завдяки додаванню неодиму та інших елементів лантаноїдів до структури ЛДГ хімічний зв’язок між атомами металу та киснем у ЛДГ став більш іонним. Цей покращений іонний зв’язок зробив ці матеріали набагато краще при виборчому зв’язуванні з ураном за допомогою іонних поверхневих взаємодій.
Автори відзначили, що дослідження продемонструвало спосіб регулювання здатності матеріалу захоплювати уран, що може призвести до створення нових матеріалів, які ще краще відокремлюють уран від інших речовин. Ці матеріали були не тільки корисними для вилучення урану з морської води, але й могли використовуватися для очищення урану від радіоактивних стічних вод поблизу атомних електростанцій.
“Додаткові переваги полягають у тому, що ці матеріали прості та недорогі у виробництві, що робить їх економічно ефективним вибором для великомасштабного видобутку урану”, – сказав доктор Велишек Каролан.