Вчені знайшли нову технологію вилучення урану з морської води

Більшу частину поверхні Землі вкривають океани, які кишать різноманітним життям. Цікаво, що ці величезні водойми також містять розбавлений розподіл іонів урану. Вилучення цих іонів потенційно може стати поновлюваним джерелом палива для виробництва ядерної енергії. Недавнє дослідження в ACS Central Science представляє новий матеріал, розроблений для електрохімічної екстракції. Ця інновація більш ефективна в уловленні невловимих іонів урану з морської води порівняно з попередніми методами.

Ядерні енергетичні реактори вивільняють енергію, яка природним чином зберігається всередині атома, і перетворюють її на тепло й електрику, буквально розбиваючи атом на частини — процес, відомий як поділ. Уран став улюбленим елементом для цього процесу, оскільки всі його форми нестабільні та радіоактивні, тому його легко розщеплювати.

Зараз цей метал видобувається з гірських порід, але поклади уранової руди обмежені. З усім тим, за оцінками Агентства ядерної енергії, 4,5 мільярда тонн урану плавають у наших океанах у вигляді розчинених іонів уранілу. Цей запас більш ніж у 1000 разів перевищує той, що є на суші. Вилучення цих іонів виявилося складним завданням, оскільки матеріали для цього не мають достатньої площі поверхні для ефективного захоплення іонів. Тож Руй Чжао, Гуаншань Чжу та їхні колеги хотіли розробити електродний матеріал із великою кількістю мікроскопічних закутків і тріщин, який можна було б використовувати для електрохімічного захоплення іонів урану з морської води.

Розробка інноваційного електродного матеріалу

Щоб створити свої електроди, команда почала з гнучкої тканини, зітканої з вуглецевих волокон. Вони покрили тканину двома спеціальними мономерами, які потім полімеризували. Потім вони обробили тканину гідроксиламін гідрохлоридом, щоб додати амідоксимові групи до полімерів. Природна пориста структура тканини створила безліч крихітних кишеньок, у яких амідоксим міг закріпитися та легко затримувати іони уранілу.

Під час експериментів дослідники помістили тканину з покриттям як катод у морську воду природного походження або з урановим вмістом, додали графітовий анод і запустили циклічний струм між електродами. З часом на катодній тканині накопичуються яскраво-жовті осади на основі урану.

Під час випробувань із використанням морської води, зібраної з Бохайського моря, електроди витягли 12,6 міліграма урану на грам активного матеріалу з покриттям протягом 24 днів. Потужність матеріалу з покриттям була вищою, ніж більшість інших матеріалів для видобутку урану, перевірених командою. Крім того, використання електрохімії для захоплення іонів було приблизно втричі швидшим, ніж просто дозволити їм природним чином накопичуватися на тканинах. Дослідники кажуть, що ця робота пропонує ефективний метод захоплення урану з морської води, що може відкрити океани як нових постачальників ядерного палива.