211service.com
Nieuw materiaal toont belofte voor het extraheren van uranium uit zeewater
Een nieuw materiaal zou mogelijk kunnen worden gebruikt om uranium efficiënter uit zeewater te halen, suggereert nieuw onderzoek.
De oceanen van de wereld bevatten bijna duizend keer zoveel uranium als conventionele reserves, en onderzoekers hebben tientallen jaren besteed aan het ontwikkelen van een efficiënte manier om het te winnen. Experts zeggen dat het belangrijk is om dergelijke technologie te ontwikkelen, omdat deze als verzekering kan dienen voor het geval de voorraden uranium voor kernreactoren ooit schaars worden.
Het meest geavanceerde systeem van tegenwoordig maakt gebruik van plastic vezels met uraniumbindende chemische groepen die op hun oppervlak zijn geënt. Nu, onderzoekers onder leiding van Wenbin Lin , een professor in de chemie aan de Universiteit van North Carolina in Chapel Hill, hebben een metaal-organisch raamwerk (MOF) ontworpen om gewone uraniumbevattende ionen opgelost in zeewater te verzamelen. In laboratoriumtests was het materiaal minstens vier keer beter dan het conventionele plastic adsorbens bij het onttrekken van de potentiële nucleaire brandstof uit kunstmatig zeewater.
Metaal-organische raamwerken worden als zeer veelbelovend beschouwd voor bepaalde technologische toepassingen, waaronder gasopslag en chemische scheiding. Hun structuur kan voor verschillende doeleinden worden afgestemd. Hierdoor kunnen ze extreem poreus worden gemaakt, wat resulteert in zeer grote oppervlakten - een orde van grootte groter dan die van zeolieten, een poreus materiaal dat al in veel commerciële adsorbentia wordt gebruikt. En net als organische polymeren hebben metaal-organische raamwerken oppervlakken die kunnen worden aangepast om aan specifieke moleculen te binden.
Een van de redenen waarom het een uitdaging is om uraniumhoudende ionen efficiënt uit zeewater te halen, is dat ze voorkomen in een extreem lage concentratie van drie delen per miljard. De gevestigde methode, die op vrij grote schaal is aangetoond, houdt in dat er grote hoeveelheden adsorbens van plastic in de oceaan worden gedropt en dit enkele weken wordt achtergelaten voordat het wordt opgehaald en de uraniumvangst wordt verwijderd. Maar de oceaan bevat veel andere ionen die aan het adsorbens kunnen binden en de aanhechting van uranium kunnen blokkeren.
De meest geavanceerde materialen, die meerdere keren kunnen worden hergebruikt, kunnen elke keer dat ze worden gebruikt tussen de drie en vier milligram uranium per gram plastic opnemen, zegt Costas Tsouris , een onderzoeker bij Oak Ridge National Laboratory die aan dat systeem werkt.
In het laboratorium, zonder concurrentie van andere ionen, verzamelde Lins materiaal meer dan 200 milligram uranium per gram adsorbens. Deze affiniteit met uranium, zegt Lin, is te danken aan het precieze ontwerp van de driedimensionale structuur van het materiaal. Organische chemische groepen die zich aan uranium vastgrijpen, zijn gerangschikt in de poriën van het metaal-organische raamwerk om bindende zakken te vormen, zegt hij. Het onderzoek werd vorige maand gepubliceerd in het tijdschrift van de Royal Chemical Society Chemische Wetenschappen .
Tsouris noemt de resultaten zeer bemoedigend, maar waarschuwt dat het nog afwachten is hoe het materiaal zal presteren in meer realistische omstandigheden. In echt zeewater, waar andere ionen zouden strijden om zich te hechten, zou het materiaal waarschijnlijk niet zo goed presteren als in de laboratoriumdemonstratie, zegt Erich Schneider , een professor in nucleaire en stralingstechniek aan de Universiteit van Texas in Austin, die ook niet betrokken was bij het nieuwe onderzoek.
Desalniettemin is het nieuwe materiaal veelbelovend, zegt Schneider, simpelweg omdat het beter presteerde dan de beste beschikbare materialen onder vergelijkbare omstandigheden.
Uranium dat tegenwoordig met het traditionele proces wordt gewonnen, zou tussen de $ 1.000 en $ 2.000 per kilogram kosten - ongeveer 10 tot 20 keer de huidige marktprijs, zegt Schneider. (De prijs van uranium is echter in 2007 gestegen tot ongeveer $ 300 per kilogram.) Het nieuwe proces zou die kosten aanzienlijk kunnen verlagen.
Lin denkt dat het uiteindelijk mogelijk kan zijn om een metaal-organisch raamwerk te ontwikkelen dat op zijn minst meerdere malen beter is dan het huidige systeem. Hij is ervan overtuigd dat zijn laboratorium de afstembaarheid van deze hybride materialen kan benutten om hun affiniteit voor uraniumbevattende ionen te verbeteren en om zwakke punten aan te pakken die verder testen kunnen blootleggen.