Nemrég a Pekingi Vegyipari Egyetem Qiu Jieshan professzora és a Dongguani Műszaki Egyetem professzora, Wang Gang által vezetett együttműködő kutatócsoport egy kettős konverziós útvonallal rendelkező elektrokatalitikus anyagot fejlesztett ki. Ez az anyag hatékonyan tudja kivonni és visszanyerni a rendkívül értékes fémuránt az urán-tartalmú szennyvízből, egyetlen extrakcióval saját tömegének több mint háromszorosát kivonva.
Az anyag 72 órán belül képes eltávolítani az uránt tartalmazó szennyvízből az urán 98,4%-át, az uránkoncentrációt 0,022 mg L⁻1-re csökkentve, ami megfelel a nemzetközi ivóvíz-szabványoknak (0,03 mg L⁻¹). A moduláris kísérletek megerősítették, hogy 17 órán belül 15,75 mg uránt lehet kinyerni a talajvízből.
Az atomenergia a gazdasági és társadalmi fejlődést támogató kulcsfontosságú energiaforrás. Az urán az atomenergia-termelés kulcsfontosságú anyaga. A könnyen bányászható uránlelőhelyek azonban a Földön egyre szűkösebbek, miközben bőséges a nyomokban uránt tartalmazó szennyvíz, ami erőforrásokat pazarol és szennyezi a környezetet. Az e csapat által kifejlesztett elektrokatalitikus anyag egy új típusú nanoanyag, amely hatékonyan, gyorsan és tisztán képes uránt kivonni a vízből.
(Forrás: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Bifunkcionális elektrokatalitikus anyag, amely képes "két lábon járni"
Ez az áttörés abban rejlik, hogy ennek az elektrokatalitikus anyagnak a kettős funkcióját tervezték, lehetővé téve a „két lábon járást”.
Ezt a különleges elektrokatalitikus anyagot, amit készítettek, zseniálisan két anyagból kapcsolják össze: a szervetlen volfrám-oxidból és a szerves polipirrolból.
A volfrám-oxid tengeri sün alakra nő, míg a polipirrol, mint egy vezetőképes zseléréteg, egyenletesen bevonódik a tengeri sün felületén.
Ez a zseniális kompozit szerkezet a következő két fő képességgel ruházza fel ezt az új elektrokatalitikus anyagot:
Az első képesség egy belső elektromos mező "mágnese".
A volfrám-oxid és a polipirrol egyesítése után egy apró belső elektromos tér jön létre közöttük. Ez az elektromos mező irányított elektroncsúszdaként működik, lehetővé téve az elektronok simább áramlását a polipirrolból a volfrám-oxidba.
Ennek eredményeként a volfrám-oxid felülete ügyesebbé válik a pozitív töltésű uránionok felfogásában és megszelídítésében, és gyorsan elektroredukálva azokat szilárd uránná. Egyszerűen fogalmazva, vonzóbbá teszi az elektrokatalizátort az urán számára, erősebben tartja azt, és gyorsabbá teszi a redukciós sebességet.
A második lehetőség a „csapadék”{0}}önálló előállítása.
Maga a polipirrol egyedülálló képességgel rendelkezik: teljes mértékben képes hasznosítani a vízben oldott oxigént, így stabilan hidrogén-peroxidot termel,-ugyanazt a hidrogén-peroxidot, amelyet a fertőtlenítéshez is használnak-, egy két-elektronos oxigénredukciós reakció alapján.
Ez döntő fontosságú, mert a hidrogén-peroxid, amikor uránionokkal találkozik a vízben, azonnal "kattintási kémiai" reakción megy keresztül, és sárga szilárd csapadékot hoz létre, amelyet urán-peroxidnak neveznek.
Ez a reakció egy jól bevált ipari módszer az urán tisztítására{0}}. Ily módon az elektróda nemcsak magához vonzza az uránionokat, hanem azonnal szilárd sárga csapadékként ki is csapja azokat magára, teljesen elválasztva a víztől.
Ez a két út, az -elektromos mező-vezérelt elektrokémiai redukció és a hidrogén-peroxid-vezérelt kémiai kicsapás- olyan szinergikus hatást fejt ki, mint az elektrokatalizátor kettős motorral való felszerelése, ami jelentősen felgyorsítja a vízből kivont urán sebességét és teljes mennyiségét.
(Forrás: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Kiváló extrakció, gyors extrakció, tiszta felismerés, hosszú{1}}használat
Kísérletek igazolták ennek a kettős{0}}motoros elektrokatalizátornak a lenyűgöző teljesítményét:
Először is nagy mennyiséget von ki. A kísérleti tesztelés során a legnagyobb extrakciós kapacitása elérte a 3104 milligramm urán/gramm anyagot, ami közel kétszerese a jelenlegi vezető technológiákénak.
Másodszor, gyorsan kivonódik. Az oxigénnel dúsított vízben az urán több mint 93%-át képes eltávolítani 6 órán belül, ami közel kétszer olyan hatékony, mint egyetlen-motoros, oxigén-mentes környezetben.
Másodszor, kiváló szelektivitást mutat; Még ha a vízben közönséges fémionok, például nátrium, kalcium és magnézium is jelen vannak, az elektródaanyag még mindig pontosan és előnyösen képes befogni az uránt.
Végül pedig hosszú élettartammal büszkélkedhet. A híg savval végzett gyengéd mosás feloldja és visszanyeri az elektrokatalizátor anyagához tapadt kis sárga köveket. Maga az elektróda anyaga robusztus és stabil, így legalább 20 újrafelhasználást tesz lehetővé gyakorlatilag teljesítményromlás nélkül.
Ez azt jelenti, hogy ennek a funkcionális nano{0}}elektrokatalizátornak széles körű alkalmazási lehetőségei vannak. Az uránbányászat, feldolgozás és zagykezelés során ez a technológia hatékonyan tudja visszanyerni az uránt a szennyvízből, csökkenti a radioaktív hulladékot és újrahasznosítja az értékes erőforrásokat.
Az urán gazdaságos és hatékony kinyerése hatalmas mennyiségű tengervízből régóta fennálló kihívás{0}}. A Qiu Jieshan professzor és Wang Gang professzor csapata által kifejlesztett hatékony, alacsony energiájú{2}}technológia új megközelítést kínál a tengeri uránforrások jövőbeli fejlesztéséhez.
Ezenkívül az uránnal{0}}szennyezett felszín alatti vizek kezelésében való alkalmazása biztosíthatja a vízbiztonságot és az ökológiai egészséget.
(Forrás: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
A jövőbeli tervekről Qiu Jieshan professzor azt mondta a DeepTechnek: "Csapatunk szorosan együttműködik majd hazai és nemzetközi vezető kutatóintézetekkel és tudósokkal, fejlett in{1}}situ jellemzési technikákat használva, hogy mélyen feltárja ezen anyagok belső szerkezetét, -aktivitási kapcsolatát, az uránium funkcionális szállítási mechanizmusát és az elektrokatatikusan tovább optimalizáló evolúnium fajok aktivitását. anyagtervezés és az uránkivonási teljesítmény javítása."
Az interjúban a funkcionális anyagok, különösen a funkcionális szénanyagok széles körű alkalmazási lehetőségeit képzelte el a gázleválasztásban, az energiatárolásban és a katalízisben, különösen a nemzet számára sürgetően szükséges alkalmazásokban, mint például a nagy teljesítményű energiatároló anyagok és eszközök, a tengervíz sótalanítása és a hidrogéntermeléshez szükséges víz elektrolízis, valamint finom vegyszerek intelligens gyártása. Ezeken a területeken a funkcionális szénanyagok egyedi szerkezetük és tulajdonságaik miatt döntő szerepet fognak játszani.
