С 1960-х годов исследователи обращаются к маловероятному месту добычи урана: Мировому океану. Теперь группа под руководством Австралии продвинула перспективу добычи урана с моря на еще один шаг вперед с помощью дешевого и простого в изготовлении материала.
Поскольку планета начинает медленно отходить от источников топлива на основе углерода, альтернативные источники энергии выходят на первый план. В то время как солнечные, ветровые и гидроэлектрические технологии, как правило, привлекают внимание на этой арене, ядерная энергетика по-прежнему остается сильным соперником. Фактически, в 2017 году на него приходилось около 10% мирового производства энергии, а в 2022 году к глобальной сети присоединились 8 ГВт новых атомных электростанций.
Ключом к производству атомной энергии является уран, элемент, который встречается на суше лишь в нескольких странах, где подземные запасы будут продолжать сокращаться по мере распространения атомных электростанций. С подводной водой дело обстоит иначе.снабжение, однако. По оценкам, в мировом океане содержится около 4,5 миллиардов тонн этого элемента по сравнению с примерно шестью миллионами на суше. Этого достаточно, чтобы генерировать электроэнергию по всей планете в течение тысяч лет.
Однако получить весь этот уран оказалось непросто, поскольку он присутствует в морской воде в чрезвычайно малых концентрациях.
Ученые из Национальной лаборатории Ок-Ридж первыми добились успеха в использовании волокон, легированных химическими группами амидоксима, которые имеют сродство к урану. Позже исследователи из Стэнфорда добавили к волокнам электричество и смогли собрать еще больше радиоактивного элемента. Совсем недавно Тихоокеанская северо-западная национальная лаборатория смогла извлечь пять граммов желтого кека – порошкообразной формы урана – из морской воды с помощью специального типа акриловой пряжи.
Забрасывание узкой сети
Тем не менее, эти методы не позволяют собирать уран в промышленных масштабах, которые были бы необходимы для использования в качестве топлива для атомных электростанций по всему миру. И попытка найти материал, который мог бы захватывать уран, не улавливая при этом другие морские элементы, оказалась непростой задачей.
Стремясь преодолеть эти трудности, исследователи из Австралийской организации ядерной науки и технологий (ANSTO), Университета Нового Южного Уэльса и другие коллеги обратились к слоистым двойным гидроксидам (LDH). Эти относительно простые в изготовлении материалы состоят из слоев положительно и отрицательно заряженных ионов. Команда легировала эти ЛДГ различными химическими веществами, включая неодим, тербий и европий, вымачивала их в морской воде и анализировала результаты с помощью интенсивной визуализации рентгеновской адсорбционной спектроскопии.
Исследователи обнаружили, что при объединении неодима с помощью СДГ полученное соединение смогло улавливать уран из морской воды, а также 10 других, более распространенных элементов. К ним относятся натрий, кальций, магний и калий, которые присутствуют в количествах, примерно в 400 раз превышающих количество урана. По мнению исследователей, эта селективность, наряду с низкой стоимостью производства легированного материала ЛДГ, должна во многом способствовать повышению вероятности крупномасштабного извлечения урана из морской воды.
«Эти результаты показывают что разработка легирующих добавок в СДГ обеспечивает простой и эффективный метод контроля селективности и производства адсорбентов, способных решать сложные задачи разделения, например, при экстракции урана из морской воды», — написали исследователи в исследовании, которое было опубликовано в качестве обложки в журнале Энергетические достижения.
