Nowy kompozyt nie tylko wiąże uran z wody morskiej
Naukowcy opracowali nowy kompozyt na bazie biowęgla, który potrafi wychwytywać uran z wody morskiej i jednocześnie przekształcać część tego pierwiastka w mniej toksyczną formę chemiczną. Badacze uważają, że technologia może w przyszłości wspierać pozyskiwanie paliwa dla energetyki jądrowej.
Uran pozostaje kluczowym surowcem dla elektrowni atomowych, jednak jego lądowe złoża są ograniczone i nierównomiernie rozmieszczone. Tymczasem oceany zawierają ogromne ilości rozpuszczonego uranu nawet tysiąc razy więcej niż wszystkie znane rudy uranowe na lądzie. Problem polega na tym, że pierwiastek występuje w wodzie morskiej w bardzo niskich stężeniach i musi być oddzielany od wielu innych jonów.
W badaniu opublikowanym w czasopiśmie Biochar Journal opisano nowy materiał oznaczony jako BN-PDA@Fe3S4. Kompozyt składa się z nanosfer biowęgla, warstwy polidopaminy oraz siarczku żelaza Fe₃S₄. Taka kombinacja pozwala skutecznie wiązać uran i wspomagać jego redukcję chemiczną.
– Odzyskiwanie uranu z wody morskiej od lat pozostaje wyzwaniem, ponieważ materiał musi być jednocześnie wydajny, selektywny i stabilny – podkreślił autor korespondencyjny badania Si Luo.
Jak dodał, nowy kompozyt nie tylko adsorbuje uran w formie U(VI), ale także częściowo przekształca go w mniej toksyczny U(IV), co ma znaczenie zarówno dla odzyskiwania surowca, jak i ochrony środowiska.
Materiał powstał w dwuetapowym procesie. Najpierw nanosfery biowęgla pokryto polidopaminą, substancją inspirowaną właściwościami muszli małży, bogatą w grupy aktywne wiążące metale. Następnie na powierzchni wyhodowano Fe₃S₄, który zwiększa powinowactwo materiału do uranu.
Testy laboratoryjne wykazały, że kompozyt osiąga maksymalną zdolność adsorpcji uranu na poziomie 203,4 mg g⁻¹ przy pH 5. Analizy potwierdziły, że proces był spontaniczny i przebiegał jako chemisorpcja jednowarstwowa.
Materiał zachował skuteczność także w bardziej złożonych warunkach chemicznych. W naturalnej wodzie morskiej kompozyt osiągnął zdolność ekstrakcji uranu wynoszącą 4,5 mg g⁻¹ po 15 dniach. Część jonów, zwłaszcza węglany i siarczany, obniżała jednak wydajność procesu poprzez tworzenie trwałych kompleksów z uranem.
Kompozyt posiada również właściwości magnetyczne
Kluczowym odkryciem okazał się mechanizm łączący adsorpcję i redukcję chemiczną. Analizy spektroskopowe wykazały, że część wychwyconego U(VI) została przekształcona do U(IV). Za ten proces odpowiadają prawdopodobnie związki Fe(II) i S(-II) obecne w Fe₃S₄, wspierane przez grupy aminowe polidopaminy.
Kompozyt posiada również właściwości magnetyczne, dzięki czemu można go łatwo oddzielić po użyciu. Dodatkowo wykazuje aktywność antybakteryjną wobec bakterii S. aureus i E. coli, co może ograniczać biofouling, czyli biologiczne obrastanie materiałów w środowisku morskim.
Autorzy zaznaczają, że technologia wymaga dalszych prac nad trwałością i możliwością wielokrotnego użycia. Wyniki sugerują jednak, że biowęgiel może stać się podstawą nowych materiałów do odzyskiwania uranu z oceanów oraz ograniczania zanieczyszczeń radionuklidami.
Źródło: Shenyang Agricultural Universit
Czytaj też: Najnowsze badanie prognozuje tempo wymierania roślin do roku 2100
Grafika tytułowa: Yassine Khalfalli / Unsplash
