Los científicos han demostrado un nuevo material de inspiración biológica para un enfoque ecológico y rentable para recuperar uranio del agua de mar.
Un equipo de investigación de los Laboratorios Nacionales Oak Ridge y Lawrence Berkeley del Departamento de Energía, la Universidad de California, Berkeley y la Universidad del Sur de Florida desarrollaron un material que une selectivamente el uranio disuelto con un adsorbente de polímero de bajo costo. Los resultados,publicado en Comunicaciones de la naturaleza , podría ayudar a superar los cuellos de botella en el costo y la eficiencia de extraer recursos de uranio de los océanos para la producción de energía sostenible.
"Nuestro enfoque es un gran avance", dijo la coautora Ilja Popovs de la División de Ciencias Químicas de ORNL. "Nuestro material está hecho a medida para seleccionar uranio sobre otros metales presentes en el agua de mar y puede reciclarse fácilmente para su reutilización, lo que lo hace mucho máspráctico y eficiente que los adsorbentes desarrollados previamente ".
Popovs se inspiró en la química de los microorganismos hambrientos de hierro. Los microbios como las bacterias y los hongos secretan compuestos naturales conocidos como "sideróforos" para extraer nutrientes esenciales como el hierro de sus huéspedes ". Básicamente, creamos un sideróforo artificial para mejorar la forma en que los materialesseleccionar y unir uranio ", dijo.
El equipo utilizó métodos computacionales y experimentales para desarrollar un nuevo grupo funcional conocido como "H" 2 BHT "- 2,6-bis [hidroxi metil amino] -4-morfolino-1,3,5-triazina - que selecciona preferentemente iones de uranilo, o uranio soluble en agua, sobre los iones metálicos competidores de otroselementos en el agua de mar, como vanadio.
El descubrimiento fundamental está respaldado por el rendimiento prometedor de una prueba de principio H 2 adsorbente de polímero BHT. Los iones de uranilo se adsorben o adhieren fácilmente a la superficie de las fibras del material debido a la química única de H 2 BHT. El prototipo se destaca entre otros materiales sintéticos por aumentar el espacio de almacenamiento de uranio, produciendo un material altamente selectivo y reciclable que recupera uranio de manera más eficiente que los métodos anteriores.
Con un método práctico de recuperación, la extracción de agua salada ofrece una alternativa sostenible al uranio minero que podría sostener la producción de energía nuclear durante milenios.
Los depósitos de uranio son abundantes y reponibles en el agua de mar a través de la erosión natural de las rocas y el suelo que contienen minerales. A pesar de las concentraciones diluidas, aproximadamente 3 miligramos de uranio por tonelada de agua de mar, los océanos del mundo tienen grandes reservas del elemento por un total estimado de cuatro mil millonestoneladas: un suministro 1000 veces mayor que todas las fuentes de tierra combinadas.
Sin embargo, el desarrollo de adsorbentes eficientes de uranio para aprovechar este recurso potencial ha sido una búsqueda difícil de alcanzar desde la década de 1960.
"El objetivo es desarrollar materiales adsorbentes eficientes a bajo costo que puedan procesarse usando condiciones suaves para recuperar uranio, y también reutilizarse para múltiples ciclos de extracción", dijo Alexander Ivanov de ORNL, quien realizó estudios computacionales de H 2 BHT.
Apoyado por el programa de Investigación y Desarrollo del Ciclo de Combustible de la Oficina de Energía Nuclear del DOE, el equipo se ha centrado en determinar los factores subyacentes que influyen en la selectividad y aumentan el volumen de uranio recuperable con nuevos materiales.
Estudios previos sobre compuestos a base de amidoxima revelaron una atracción fundamentalmente más fuerte hacia el vanadio sobre el uranio que puede ser difícil de superar. El desarrollo de H 2 BHT ofrece un enfoque alternativo, utilizando materiales que no son amidoxima, para apuntar mejor al uranio en ambientes de agua de metales mixtos.
La selectividad ha sido durante mucho tiempo un obstáculo en el camino hacia materiales adsorbentes más eficientes. Los primeros avances, impulsados por la prueba y el error, descubrieron que los grupos funcionales basados en amidoxima se unen efectivamente al uranio en el agua pero hacen un trabajo aún mejor para recuperar el vanadio, aunqueeste último tiene una concentración comparativamente menor en el agua de mar.
"El resultado es que los materiales a base de amidoxima, los pioneros actuales de los adsorbentes disponibles comercialmente, se llenan más rápidamente con vanadio que con uranio, que es difícil y costoso de eliminar", dijo Popovs.
Las soluciones ácidas altamente concentradas utilizadas para eliminar el vanadio son un gasto mayor en comparación con las soluciones de procesamiento suaves o básicas y están cargadas por las corrientes de desechos cáusticos. Además, el procesamiento ácido puede dañar las fibras del material, lo que limita su reutilización, lo que hace que la adopción comercial sea prohibitiva en costos.
"Para trabajar como un concepto ampliado, idealmente, los elementos no deseados no serían adsorbidos o podrían eliminarse fácilmente durante el procesamiento y el material reutilizado durante varios ciclos para maximizar la cantidad de uranio recolectado", dijo Popovs.
A diferencia de los materiales cargados de vanadio, el H 2 El polímero BHT puede procesarse usando soluciones básicas suaves y reciclarse para una reutilización prolongada. Las características ecológicas también brindan importantes ventajas de costos para posibles aplicaciones en el mundo real.
El siguiente paso, dicen los investigadores, es refinar el enfoque para una mayor eficiencia y oportunidades a escala comercial. El artículo de la revista se publica como "Quelante inspirado en sideróforos secuestra el uranio del medio acuoso".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional de Oak Ridge . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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