艾德思：生物启发材料以海洋铀储存为目标用于可持续核能



科学家已经展示了一种新的生物激发材料,用于从海水中回收铀的环保且具有成本效益的方式.

来自能源部橡树岭和劳伦斯伯克利国家实验室,加州大学伯克利分校和南佛罗里达大学的研究小组开发出一种材料,用低成本的聚合物吸附剂选择性地将溶解的铀结合.发表在Nature Communications上的结果可以帮助推动从海洋中提取铀资源以实现可持续能源生产的成本和效率的瓶颈.

"我们的方式是一次重大飞跃,'ORNL化学科学部的共同作者Ilja Popovs说."我们的材料是根据海水中存在的其他金属选择铀而定制的,可以很容易地回收再利用,使其比以前开发的吸附剂更加实用和高效.'

波波夫从富含铁的微生物的化学中汲取灵感.微生物如细菌和真菌秘密天然化合物被称为"铁载体',可以从宿主中吸取铁等必需营养素."我们基本上创造了一种人工铁载体来改善材料选择和结合铀的方法,'他说.

该团队使用计算和实验方式开发了一种新的官能团,称为"H2BHT' - 2,6-双[羟基(甲基)氨基] -4-吗啉代-1,3,5-三嗪 - 优先选择铀离子或水溶性铀,而不是来自海水中其他元素的竞争金属离子,如钒.

基本发现得到了原理验证H2BHT聚合物吸附剂的有希望的性能的支持.由于H2BHT的独特化学性质,铀酰离子易于"吸附'或粘合到材料纤维的表面.该原型在其他合成材料中脱颖而出,用于增加铀的储存空间,产生高选择性和可回收材料,比以前的方式更有效地回收铀.

通过实用的回收方式,海水提取为土地开采铀提供了可持续的替代方案,可以维持数千年的核电生产.

通过含矿岩石和土壤的自然侵蚀,铀矿床丰富,可在海水中补充.尽管稀释浓度,每吨海水约3毫克铀,但世界上的海洋大量存储该元素,估计总量约为40亿吨 - 比所有土地资源总量增加1000倍.

然而,开发利用这种潜在资源的高效铀吸附剂自20世纪60年代以来一直是难以捉摸的追求.

"目标是以低成本开发高效的吸附剂材料,可以使用温和条件处理以回收铀,并且还可以重复用于多次提取循环,'ORNL的Alexander Ivanov说,他执行了H2BHT的计算研究.

在美国能源部核能办公室的燃料循环研究和开发计划的支持下,该团队专注于确定影响选择性的潜在因素,并通过新材料增加可回收铀的数量.

以前对偕胺肟基化合物的研究表明,钒对铀的吸引力从根本上更强,可能难以克服.H2BHT的开发提供了一种替代方式,使用非偕胺肟材料,在混合金属水环境中更好地瞄准铀.

长期以来,选择性一直是通向更高效吸附材料的绊脚石.在试验和错误的推动下,早期的进展发现,基于偕胺基的官能团有效地将铀与水结合,但在回收钒方面做得更好,尽管后者在海水中的浓度相对较低.

"结果是,基于偕胺肟的材料,目前商用吸附剂的前沿用钒填充速度比铀快,铀难以去除,'Popovs说.

与温和或基本的处理溶液相比,用于除去钒的高浓度酸性溶液的费用增加,并且受到苛性废物流的负担.此外,酸处理会损坏材料纤维,这限制了它们的再利用,使得商业采用成本过高.

"作为一个按比例放大的概念,理想情况下,不需要的元素不会被吸附或在加工过程中很容易被剥离,材料可以重复使用几个周期,以最大限度地收集铀的数量,'Popovs说.

与含钒材料不同,H2BHT聚合物可使用温和的碱性溶液进行加工,并可循环使用以延长再利用时间.环保功能还为潜在的实际应用带来了显着的成本优势.

研究人员说,下一步是改进方式,以提高效率和商业规模的机会.期刊论文发表为"铁载体启发的螯合剂劫持水介质中的铀'.

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