211service.com
Nyt materiale viser løfte om at udvinde uran fra havvand
Et nyt materiale kan potentielt bruges til at udvinde uran fra havvand mere effektivt, tyder ny forskning.
Verdenshavene indeholder næsten tusind gange så meget uran som konventionelle reserver, og forskere har brugt årtier på at forsøge at udvikle en effektiv måde at udvinde det på. Eksperter siger, at det er vigtigt at udvikle en sådan teknologi, fordi den kan tjene som forsikring i tilfælde af, at forsyninger af uran til atomreaktorer nogensinde bliver knappe.
Det mest avancerede system i dag anvender plastfibre med uranbindende kemiske grupper podet på deres overflade. Nu har forskere ledet af Wenbin Lin , en professor i kemi ved University of North Carolina i Chapel Hill, har designet en metal-organisk ramme (MOF) til at indsamle almindelige uranholdige ioner opløst i havvand. I laboratorieforsøg var materialet mindst fire gange bedre end den konventionelle plastadsorbent til at trække det potentielle nukleare brændsel fra kunstigt havvand.
Metalorganiske rammer anses for meget lovende til visse teknologiske anvendelser, herunder gaslagring og kemisk adskillelse. Deres struktur kan indstilles til forskellige formål. Dette gør det muligt at gøre dem ekstremt porøse, hvilket resulterer i meget høje overfladearealer - en størrelsesorden større end zeolitter, et porøst materiale, der allerede anvendes i mange kommercielle adsorbenter. Og ligesom organiske polymerer har metalorganiske rammer overflader, der kan modificeres for at binde sig til specifikke molekyler.
En grund til, at det er udfordrende at trække uranholdige ioner fra havvand effektivt, er, at de forekommer i en ekstrem lav koncentration på tre dele pr. Den etablerede metode, som er blevet demonstreret i ret stor skala, går ud på, at man taber store mængder plastikadsorbent i havet og efterlader det i flere uger, før man henter det og fjerner urantrækket. Men havet indeholder mange andre ioner, der kan binde sig til adsorbenten og blokere uran i at binde sig.
De mest avancerede materialer, som kan genbruges flere gange, kan trække mellem tre og fire milligram uran per gram plastik, hver gang de bruges, siger Costas Tsouris , en forsker ved Oak Ridge National Laboratory, der arbejder på det system.
I laboratoriet, uden konkurrence fra andre ioner, indsamlede Lins materiale over 200 milligram uran pr. gram adsorbent. Denne affinitet til uran, siger Lin, skyldes det præcise design af materialets tredimensionelle struktur. Organiske kemiske grupper, der griber ind i uran, er arrangeret inden for porerne i den metalorganiske ramme for at danne bindelommer, siger han. Forskningen blev offentliggjort i sidste måned i Royal Chemical Societys tidsskrift Kemisk Videnskab .
Tsouris kalder resultaterne meget opmuntrende, men advarer om, at det stadig er at se, hvordan materialet vil fungere under mere realistiske forhold. I ægte havvand, hvor andre ioner ville konkurrere om at fæstne sig, ville materialet sandsynligvis ikke fungere så godt som i laboratoriedemonstrationen, siger Erich Schneider , en professor i nuklear og strålingsteknik ved University of Texas i Austin, som heller ikke var involveret i den nye forskning.
Ikke desto mindre er det nye materiale meget lovende, siger Schneider, simpelthen fordi det klarede sig bedre, end de bedste tilgængelige materialer har gjort under lignende forhold.
Uran opnået ved hjælp af den traditionelle proces i dag vil koste mellem $1.000 og $2.000 pr. kilogram - omkring 10 til 20 gange den nuværende markedspris, siger Schneider. (Prisen på uran steg dog til omkring $300 pr. kilogram så sent som i 2007.) Den nye proces kunne reducere disse omkostninger betydeligt.
Lin mener, at det på sigt kan blive muligt at udvikle en metalorganisk ramme, der er mindst flere gange bedre end nutidens system. Han er overbevist om, at hans laboratorium kan udnytte tunbarheden af disse hybridmaterialer til at forbedre deres affinitet for uranholdige ioner og til at adressere svagheder, som yderligere test kan afsløre.