Головна / Технології / Новий матеріал дозволяє ефективно видобувати уран прямо з морської води

Новий матеріал дозволяє ефективно видобувати уран прямо з морської води

Хіміки розробили полімер, який захоплює з морської води сполуки урану, «не звертаючи уваги» на інші речовини. Такий спосіб видобутку сировини може забезпечити людство енергією на тисячоліття.

Розробка описана в науковій статті, опублікованій у журналі Nature Communications.

Нагадаємо, що в морській воді містяться іони ураніла (UO22+). Їх не так вже багато: три міліграма урану на тонну води. Але сумарно це чотири мільярди тонн урану. Згідно з оцінками фахівців, це в тисячу разів більше, ніж у всіх наземних джерелах разом узятих. Річ у тому, що річки протягом мільярдів років вимивали ураноносні мінерали з ґрунту і несли їх в океан. Такого джерела енергії людству може вистачити на тисячоліття.

З цієї причини з 1960-х років вчені вивчають речовини, здатні захоплювати іони ураніла.

«Мета полягає в тому, щоб розробити ефективні дешеві адсорбуючі матеріали, з яких можна видобувати уран в м’яких умовах, а також повторно використовувати їх для багаторазових циклів екстракції», – пояснює перший автор роботи Олександр Іванов (Aleksandr Ivanov) з Національної лабораторії Ок-Рідж в США.

На сьогодні найкраще з витягом ураніла справляються матеріали на основі амідоксімів. На жаль, про них не можна сказати, що вони вірні урану, як лицар прекрасній дамі: ще охочіше ці речовини захоплюють іони ванадію, хоч їх і менше в морській воді.

«В результаті матеріали на основі амідоксімів, що є в даний час лідерами серед комерційно доступних адсорбентів, швидше, ніж ураном, заповнюються ванадієм, який важко і дорого видаляти», – констатує співавтор роботи Ілля Поповс (Ilja Popovs), також з Національної лабораторії Ок-Рідж.

Для видалення ванадію потрібно концентрований розчин кислоти. Він пошкоджує матеріал, заважаючи його повторного використання. До того ж постає питання, як утилізувати такий небезпечний очищувач. В результаті використання адсорбенту стає просто невигідним.

Новый материал позволяет эффективно добывать уран прямо из морской воды
Матеріал вибірково захоплює іони ураніла і легко вивільняє їх.

Автори нової розробки використовувала інший підхід. Хіміки «підгледіли» технологію у бактерій і грибів, що захоплюбть з навколишнього середовища, іони заліза. Для цього мікроорганізми використовують особливі речовини – сідерофори (siderophores).

«Ми, по суті, створили штучний сідерофор, щоб поліпшити спосіб селекції речовин і зв’язування урану», – говорить Поповс.

За допомогою комп’ютерного моделювання і експериментів «в пробірці» дослідники створили функціональну групу з запаморочливою назвою «2,6-біс-[гідрокси(метил)аміно]-4-морфолино-1,3,5-триазин», для якої милосердно ввели коротке позначення H2BHT.

Як показали експерименти, полімер на основі H2BHT легко захоплює іони ураніла, практично не цікавлячись ванадієм і іншими сторонніми металами. Відокремити зібрану сировину можна за допомогою м’якого розчину з лужною реакцією. Він не пошкоджує матеріал і дозволяє використовувати його багато разів.

Важливо, що полімер дешевий у виготовленні, нетоксичний і не представляє небезпеки для екології.

«Наш підхід є значним кроком уперед, – резюмує Поповс. – Наш матеріал спеціально розроблений для відбору урану окремо від інших металів, присутніх в морській воді, і може бути легко перероблений для повторного використання, що робить його набагато більш практичним та ефективним, ніж раніше розроблені адсорбенти».

Тепер дослідники сподіваються досягти ще більшої ефективності і створити комерційну версію адсорбенту.