211service.com
Nytt material visar löfte för utvinning av uran från havsvatten
Ett nytt material kan potentiellt användas för att utvinna uran ur havsvatten mer effektivt, tyder ny forskning.
Världens hav innehåller nästan tusen gånger så mycket uran som konventionella reserver, och forskare har ägnat decennier åt att försöka utveckla ett effektivt sätt att utvinna det. Experter säger att det är viktigt att utveckla sådan teknik eftersom den skulle kunna fungera som försäkring om leveranser av uran till kärnreaktorer någonsin skulle bli knappa.
Det mest avancerade systemet idag använder plastfibrer med uranbindande kemiska grupper ympade på deras yta. Nu har forskare under ledning av Wenbin Lin , en professor i kemi vid University of North Carolina i Chapel Hill, har designat ett metallorganiskt ramverk (MOF) för att samla in vanliga uraninnehållande joner lösta i havsvatten. I laboratorietester var materialet minst fyra gånger bättre än den konventionella plastadsorbenten på att dra det potentiella kärnbränslet från konstgjort havsvatten.
Metallorganiska ramverk anses vara mycket lovande för vissa tekniska tillämpningar, inklusive gaslagring och kemisk separation. Deras struktur kan ställas in för olika ändamål. Detta gör att de kan göras extremt porösa, vilket resulterar i mycket höga ytareor - en storleksordning större än zeoliter, ett poröst material som redan används i många kommersiella adsorbenter. Och som organiska polymerer har metallorganiska ramverk ytor som kan modifieras för att binda till specifika molekyler.
En anledning till att det är utmanande att effektivt dra uranhaltiga joner från havsvatten är att de förekommer i en extremt låg koncentration av tre delar per miljard. Den etablerade metoden, som har demonstrerats i ganska stor skala, innebär att man släpper ner stora mängder plastadsorbent i havet och lämnar det i flera veckor innan man hämtar det och tar bort urandraget. Men havet innehåller många andra joner som kan binda till adsorbenten och hindra uran från att fästa.
De mest avancerade materialen, som kan återanvändas flera gånger, kan dra mellan tre och fyra milligram uran per gram plast varje gång de används, säger Costas Tsouris , en forskare vid Oak Ridge National Laboratory som arbetar med det systemet.
I labbet, utan konkurrens från andra joner, samlade Lins material in över 200 milligram uran per gram adsorbent. Denna affinitet för uran, säger Lin, beror på den exakta utformningen av materialets tredimensionella struktur. Organiska kemiska grupper som griper tag i uran är ordnade inom porerna i det metallorganiska ramverket för att bilda bindande fickor, säger han. Forskningen publicerades förra månaden i Royal Chemical Societys tidskrift Kemisk vetenskap .
Tsouris kallar resultaten mycket uppmuntrande men varnar för att det återstår att se hur materialet kommer att prestera under mer realistiska förhållanden. I riktigt havsvatten, där andra joner skulle tävla om att fästa, skulle materialet förmodligen inte prestera lika bra som i laboratoriets demonstration, säger Erich Schneider , professor i kärnkrafts- och strålningsteknik vid University of Texas i Austin, som inte heller var involverad i den nya forskningen.
Ändå är det nya materialet mycket lovande, säger Schneider, helt enkelt för att det presterade bättre än de bästa tillgängliga materialen har gjort under liknande förhållanden.
Uran som erhålls med den traditionella processen idag skulle kosta mellan 1 000 och 2 000 dollar per kilogram - cirka 10 till 20 gånger det nuvarande marknadspriset, säger Schneider. (Priset på uran steg dock till cirka 300 dollar per kilogram så sent som 2007.) Den nya processen skulle kunna minska den kostnaden avsevärt.
Lin tror att det på sikt kan vara möjligt att utveckla ett metallorganiskt ramverk som är åtminstone flera gånger bättre än dagens system. Han är övertygad om att hans labb kan utnyttja avstämbarheten hos dessa hybridmaterial för att förbättra deras affinitet för uraninnehållande joner och för att åtgärda svagheter som ytterligare tester kan avslöja.