Novi materijal izvlači uran iz morske vode

Međunarodni istraživački tim pod vodstvom australske organizacije ANSTO (Australian Nuclear Science and Technology Organisation), otkrio je materijal koji obećava jednostavnu i učinkovitu metodu kojom se uran može ekstrahirati iz morske vode i tako dobiti takozvani "žuti kolač" (slika gore).

"U oceanima ima puno urana, više od tisuću puta više od onoga što se nalazi u tlu, ali je jako razrijeđen, pa ga je vrlo teško ekstrahirati. Glavni izazov je u tome što su druge tvari u morskoj vodi, soli i minerali, poput željeza i kalcija, prisutne u puno većim količinama od urana," objasnila je glavna znanstvenica dr. Jessica Veliscek Carolan.

Istraživači su koristili slojevite dvostruke hidrokside (LDH), materijale koji su privukli interes zbog svoje sposobnosti uklanjanja metala, a prilično su jednostavni za napraviti i mogu se modificirati kako bi se poboljšao način na koji rade.

Budući da ti slojevi imaju pozitivne i negativne naboje, mogu se prilagoditi za hvatanje specifičnih tvari kao što je uran.

Ispitani su lantanoidni dopanti, neodimij, europij i terbij. Dodavanje neodimija slojevitim dvostrukim hidroksidima poboljšalo je njihovu sposobnost selektivnog hvatanja urana iz morske vode, što je vrlo izazovan proces na kojem su znanstvenici radili dugo vremena.

Sintetizirani materijali karakterizirani su korištenjem različitih tehnika, uključujući skenirajuću transmisijsku elektronsku mikroskopiju (STEM) i skenirajuću elektronsku mikroskopiju (SEM) u ANSTO-ovoj mikroskopskoj ustanovi.

Kada je LDH-u dodan neodimij, ti su materijali odabrali uran u odnosu na deset drugih rasprostranjenijih elemenata koji se nalaze u pravoj morskoj vodi, a ključno otkriće je da dopant, neodimij, mijenja način na koji se uran veže na LDH.

Istraživački tim također je upotrijebio spektroskopiju apsorpcije rendgenskih zraka (XAS) i spektroskopiju mekih rendgenskih zraka na ANSTO-ovom sinkrotronu kako bi razjasnio oktaedarsko koordinacijsko okruženje, oksidacijsko stanje i mehanizam adsorpcije.

Mjerenja rendgenskih zraka pokazala su da se u uvjetima morske vode uklanjanje urana dogodilo kroz proces u kojem su atomi urana formirali komplekse na površini LDH zamjenom nitratnih iona u slojevima LDH s uranil karbonatnim anionima iz morske vode.

Dodavanjem neodimija i drugih lantanoidnih elemenata u LDH strukturu, kemijska veza između metalnih atoma i kisika u LDH postala je više ionska.

Ovo poboljšano ionsko vezivanje učinilo je te materijale puno boljim u selektivnom vezivanju za uran putem ionskih površinskih interakcija. 

Materijali nisu korisni samo za izvlačenje urana iz morske vode, već imaju potencijal i za čišćenje urana iz radioaktivnih otpadnih voda u blizini nuklearnih elektrana.

Istraživanje objavljeno u časopisu Energy Advances možete pronaći na ovoj poveznici.