Okeani pokrivaju većinu Zemljine površine i podržavaju zapanjujući broj oblika života, ali su takođe dom razređene populacije jona uranijuma. I – ako možemo da izvadimo ove posebne jone iz vode – oni bi mogli biti održiv izvor goriva za proizvodnju nuklearne energije.
Istraživači koji objavljuju u ACS Central Science sada su razvili materijal za upotrebu sa elektrohemijskom ekstrakcijom koji privlači teško dostupne jone uranijuma iz morske vode efikasnije od postojećih metoda.
Nuklearni energetski reaktori oslobađaju energiju prirodno uskladištenu unutar atoma i pretvaraju je u toplotu i električnu energiju tako što bukvalno razbijaju atom – proces poznat kao fisija. Uranijum je postao omiljeni element za ovaj proces jer su svi njegovi oblici nestabilni i radioaktivni, što ga čini lakim za cepanje.
Trenutno se ovaj metal vadi iz stena, ali nalazišta rude uranijuma su ograničena. Ipak, Agencija za nuklearnu energiju procenjuje da 4,5 milijardi tona uranijuma pluta u našim okeanima kao rastvoreni uranilni joni. Ovaj rezervat je preko 1.000 puta veći od onog na kopnu.
Međutim, pokazalo se da je ekstrakcija ovih jona izazovna, jer materijali za to nemaju dovoljnu površinu da bi efikasno uhvatili jone. Dakle, Rui Zhao, Guangshan Zhu i kolege su želeli da razviju materijal za elektrode sa puno mikroskopskih uglova i pukotina koji bi se mogli koristiti u elektrohemijskom hvatanju jona uranijuma iz morske vode.
Da bi napravio svoje elektrode, tim je počeo sa fleksibilnom tkaninom tkanom od ugljeničnih vlakana. Obložili su tkaninu sa dva specijalizovana monomera koja su potom polimerizovana. Zatim su tkaninu tretirali hidroksilamin hidrohloridom da bi dodali amidoksim grupe u polimere. Prirodna, porozna struktura tkanine stvorila je mnogo sićušnih džepova da bi se amidoksim ugnezdio i lako uhvatio uranilne jone.
U eksperimentima, istraživači su obloženu tkaninu postavili kao katodu u morsku vodu prirodnog izvora ili u morsku vodu sa uranijumom, dodali grafitnu anodu i pokrenuli cikličnu struju između elektroda. Vremenom su se na katodnoj tkanini akumulirali jarko žuti talozi na bazi uranijuma.
U testovima pomoću morske vode sakupljene iz Bohajskog mora, elektrode su ekstrahovale 12,6 miligrama uranijuma po gramu vode tokom 24 dana. Kapacitet obloženog materijala bio je veći od većine drugih materijala za ekstrakciju uranijuma koje je tim testirao. Pored toga, korišćenje elektrohemije za hvatanje jona bilo je oko tri puta brže od jednostavnog omogućavanja da se prirodno akumuliraju na krpama.
Istraživači kažu da ovaj rad nudi efikasan metod za hvatanje uranijuma iz morske vode, što bi moglo otvoriti okeane kao nove dobavljače nuklearnog goriva.
