来自能源部橡树岭和劳伦斯伯克利国家实验室，加州大学伯克利分校和南佛罗里达大学的研究小组开发出一种低成本的聚合物吸附剂，可以选择性地与溶解的铀结合。这项发表在《NatureCommunications》上的结果可以推动从海洋中提取铀资源，以突破可持续能源生产中的成本和效率的瓶颈。
“我们的方法是一次重大飞跃，”ORNL化学科学部的共同作者IljaPopovs说。“我们的材料可以在海水中定向地选择铀元素，易回收再利用，比以前开发的吸附剂更加实用和高效。”
Popovs的灵感来源于嗜铁微生物。有些微生物如细菌和真菌被称为“铁载体”，可以从宿主中吸取铁等必需营养素。“我们创造性地发现了一种人工载体。改善了材料选择和结合铀的方式。”他说。
该团队使用计算和实验方法开发了一种名为“H2BHT”的新型官能团，2,6-双羟基（甲基）氨基-4-吗啉代-1,3,5-三嗪，它优先选择铀酰离子或水溶性铀，避免了与海水中的其他竞争金属离子，如钒。
H2BHT聚合物吸附剂的优异性能有力地支持了这一发现。由于H2BHT的独特化学性质，铀酰离子很容易“吸附”或粘合到材料表面。该模型可用于增加铀的储存空间，产生高选择性和可回收的材料，比以往回收铀的方法更有效。
通过这一实用的回收方法，海水成为提取替代土地开采铀，进而可以维持数千年的核电生产。
由于含矿岩石和土壤的自然侵蚀，海水铀矿床丰富。尽管每吨海水仅有约3毫克铀，但世界上的海洋估计总量约为40亿吨，比所有土地中的储藏量多倍。
然而，开发利用这种潜在资源的高效铀吸附剂自20世纪60年代以来一直是摆在科学家面前的难题。
“低成本开发高效的吸附剂材料是我们的主要研究目标，最终达到适宜的条件便可处理和回收铀，并且还可以多次提取循环，”ORNL的AlexanderIvanov说，他进行了H2BHT的计算研究。
在美国能源部核能研究实验室燃料循环研究和开发计划的支持下，该团队专注于影响铀回收循环的潜在因素，并通过新材料增加可回收铀的量。
之前对偕胺肟基化合物的研究表明，钒与铀的结合力理论上更强，难以克服。H2BHT的开发提供了一种替代方法，使用非偕胺肟材料，在多种金属离子存在的水环境中更具选择性地提取铀。
长期以来，高选择性一直是通向更高效吸附材料的绊脚石。在一次次的尝试中，早期研究发现，基于偕胺基的官能团能有效地将铀与水结合，但用于回收钒表现得更好，即使后者在海水中的浓度相对更低。
“结果是，基于偕胺肟的材料，钒填充速度比铀快，铀难以提取。”Popovs说。
传统的处理方法中，需消耗较多的高浓度酸性溶液以除去钒加，并产生较大的污染。此外，酸处理会损坏材料纤维，这限制了它们的再利用，商业成本过高。
“大规模生产中，我们的材料在理想的情况下不会吸附其它元素或在加工过程中很容易被剥离，材料可以重复使用几个周期，以最大限度地收集铀的数量，”Popovs说。
与含钒材料不同，H2BHT聚合物可使用温和的碱性溶液进行加工，并可循环使用以延长再利用时间。环保的效用还为潜在的实际应用带来了显着的成本优势。
研究人员说，下一步的工作是改进工艺，以提高效率并大规模商用。
