Nowa metoda uzyskiwania uranu z wody morskiej

Oceany pokrywają większą część powierzchni Ziemi, a ich wody zawierają ogromne ilości różnych pierwiastków – w tym także uranu. Dzięki rozszczepianiu jąder uranu reaktory jądrowe uwalniają naturalnie zmagazynowaną w tych atomach energię i zamieniają ją w ciepło oraz energię elektryczną.

Obecnie uran pozyskiwany jest z rudy, której dostępne zasoby są ograniczone. Jednak International Atomic Energy Agency szacuje, że wody oceanów zawierają 4,5 miliarda ton uranu w postaci rozpuszczonej - jonów uranylowych. To ilość ponad 1000 razy większa niż złoża na lądzie, a w dodatku uran można by pozyskiwać bez większej szkody dla środowiska. Ekstrakcja tych jonów okazała się jednak trudna, ponieważ dostępne materiały nie mają wystarczającej powierzchni, aby skutecznie je wychwytywać.

Dlatego Rui Zhao, Guangshan Zhu i ich współpracownicy Northeast Normal University w Changchun (Chiny) postanowili opracować materiał elektrodowy z wieloma mikroskopijnymi zakamarkami i szczelinami, który można by wykorzystać do elektrochemicznego wychwytywania jonów uranylowych z wody morskiej.

Aby stworzyć elektrody, naukowcy zaczęli od elastycznej tkaniny utkanej z włókien węglowych. Pokryli ją dwoma wyspecjalizowanymi monomerami, które następnie spolimeryzowano. Tak spreparowane podłoże poddali działaniu chlorowodorku hydroksyloaminy, aby dodać do polimerów grupy amidoksymowe.

Porowata struktura tkaniny tworzy wiele maleńkich kieszonek, w których może się osadzić amidoksym i wyłapywać jony uranylowe. Podczas eksperymentów badacze umieścili powlekaną tkaninę jako katodę w wodzie morskiej pochodzącej ze źródeł naturalnych lub wzbogaconej uranem, dodali grafitową anodę i przepuszczali prąd pomiędzy elektrodami. Z biegiem czasu na tkaninie katody gromadziły się jasnożółte osady zawierające związki uranu.

W testach wykorzystujących wodę morską pobraną z Morza Bohai elektrody pozwoliły wyekstrahować 12,6 miligrama uranu w ciągu 24 dni. Wydajność powlekanego materiału była wyższa niż w przypadku większości innych materiałów do ekstrakcji uranu testowanych przez zespół. Ponadto zastosowanie elektrochemii do wychwytywania jonów okazało się około trzy razy szybsze niż zwykłe umożliwienie im naturalnego gromadzenia się na tkaninach.

Zdaniem naukowców uzyskane wyniki (https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acscentsci.3c01291) wskazują na skuteczność tej metody wychwytywania uranu z wody morskiej, dzięki czemu oceany stałyby się źródłem paliwa jądrowego.(PAP)

Autor: Paweł Wernicki