Nesen sadarbības pētījumu grupa, kuru vadīja profesors Qiu Jieshan Pekinas Ķīmiskās tehnoloģijas universitātē un profesors Wang Gang no Dongguanas Tehnoloģiju universitātes, izstrādāja elektrokatalītisko materiālu ar divkāršu konversijas ceļu. Šis materiāls var efektīvi iegūt un atgūt ārkārtīgi vērtīgo metālu urānu no urānu saturošiem notekūdeņiem, vienā ekstrakcijas reizē iegūstot vairāk nekā trīs reizes tā svaru.
72 stundu laikā materiāls var atdalīt 98,4% urāna no urānu -saturošiem notekūdeņiem, samazinot urāna koncentrāciju līdz 0,022 mg L⁻¹, kas atbilst starptautiskajiem dzeramā ūdens standartiem (0,03 mg L⁻¹). Moduļu eksperimenti apstiprināja, ka 17 stundu laikā no gruntsūdeņiem var iegūt 15,75 mg urāna.
Kodolenerģija ir būtisks enerģijas avots, kas atbalsta ekonomisko un sociālo attīstību. Urāns ir galvenais kodolenerģijas ražošanas materiāls. Tomēr viegli iegūstamu urāna atradņu uz Zemes kļūst arvien mazāk, savukārt notekūdeņi, kas satur nelielu daudzumu urāna, ir daudz, izšķērdējot resursus un piesārņojot vidi. Šīs komandas izstrādātais elektrokatalītiskais materiāls ir jauna veida nanomateriāls, kas spēj efektīvi, ātri un tīri iegūt urānu no ūdens.
(Avots: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Divfunkcionāls elektrokatalītisks materiāls, kas spēj "staigāt uz divām kājām"
Šis sasniegums slēpjas divkāršas funkcijas izstrādē šim elektrokatalītiskajam materiālam, dodot tam iespēju "staigāt uz divām kājām".
Šis īpašais viņu radītais elektrokatalītiskais materiāls ir ģeniāli savienots no diviem materiāliem: neorganiskā volframa oksīda un organiskā polipirola.
Volframa oksīds izaug jūras ežu formā, savukārt polipirols, tāpat kā vadošas želejas slānis, vienmērīgi pārklājas uz jūras ežu virsmas.
Šī ģeniālā kompozītmateriāla struktūra piešķir šim jaunajam elektrokatalītiskajam materiālam šādas divas galvenās iespējas:
Pirmā iespēja ir iekšējais elektriskā lauka "magnēts".
Pēc volframa oksīda un polipirola apvienošanas starp tiem tiek ģenerēts niecīgs iekšējais elektriskais lauks. Šis elektriskais lauks darbojas kā virziena elektronu slaids, ļaujot elektroniem vienmērīgāk plūst no polipirola uz volframa oksīdu.
Tā rezultātā volframa oksīda virsma kļūst spējīgāka uztvert un savaldīt pozitīvi lādētos urāna jonus, ātri tos elektroreducējot atpakaļ par cietu urānu. Vienkārši sakot, tas padara elektrokatalizatoru pievilcīgāku urānam, noturot to stingrāk un samazinot samazinājuma ātrumu.
Otrā iespēja ir pašražot{0}}nogulsnes.
Polipirolam pašam ir unikāla spēja: tas var pilnībā izmantot ūdenī izšķīdušo skābekli, stabili ražojot ūdeņraža peroksīdu-to pašu ūdeņraža peroksīdu, ko izmanto dezinfekcijai-, pamatojoties uz divu-elektronu skābekļa reducēšanas reakciju.
Tas ir ļoti svarīgi, jo ūdeņraža peroksīds, saskaroties ar urāna joniem ūdenī, nekavējoties tiek pakļauts "klikšķa ķīmijas" reakcijai, radot dzeltenas cietas nogulsnes, ko sauc par urāna peroksīdu.
Šī reakcija ir labi iedibināta{0}}rūpnieciska metode urāna attīrīšanai. Tādā veidā elektrods ne tikai piesaista urāna jonus, bet arī uzreiz nogulsnē tos kā cietas dzeltenas nogulsnes uz sevi, pilnībā atdalot tos no ūdens.
Šiem diviem ceļiem-elektriskā lauka-vadītā elektroķīmiskā reducēšana un ūdeņraža peroksīda-vadītā ķīmiskā nogulsnēšana-ir sinerģisks efekts, piemēram, elektrokatalizatora aprīkošana ar dubultu dzinēju, kas ievērojami paātrina no ūdens iegūtā urāna ātrumu un kopējo daudzumu.
(Avots: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Augsta ekstrakcija, ātra ekstrakcija, skaidra atpazīšana, ilgstoša{1}}lietošana
Eksperimenti ir pierādījuši šī divu{0}}motoru elektrokatalizatora iespaidīgo veiktspēju:
Pirmkārt, tas iegūst lielu daudzumu. Eksperimentālo pārbaužu laikā tā augstākā ekstrakcijas jauda sasniedza 3104 miligramus urāna uz gramu materiāla, kas ir gandrīz divas reizes lielāka nekā pašreizējās vadošās tehnoloģijas.
Otrkārt, tas ātri izdalās. Ar skābekli piesātinātā ūdenī tas var noņemt vairāk nekā 93% urāna 6 stundu laikā, kas ir gandrīz divreiz efektīvāks nekā ar vienu -motoru bez skābekļa-.
Otrkārt, tam ir lieliska selektivitāte; pat tad, ja ūdenī ir sastopami parastie metālu joni, piemēram, nātrijs, kalcijs un magnijs, elektrodu materiāls joprojām var precīzi un labāk uztvert urānu.
Visbeidzot, tas lepojas ar ilgmūžību. Maiga mazgāšana ar atšķaidītu skābi izšķīdina un atgūst mazos dzeltenos akmeņus, kas pielipuši elektrokatalizatora materiālam. Pats elektroda materiāls ir izturīgs un stabils, ļaujot to izmantot vismaz 20 atkārtoti, praktiski nepasliktinot veiktspēju.
Tas nozīmē, ka šim funkcionālajam nano-elektrokatalizatora materiālam ir plašas pielietojuma iespējas. Urāna ieguvē, apstrādē un atkritumu attīrīšanā šī tehnoloģija var efektīvi atgūt urānu no notekūdeņiem, samazinot radioaktīvos atkritumus un pārstrādājot vērtīgos resursus.
Ekonomiski un efektīvi iegūt urānu no milzīgiem jūras ūdens daudzumiem ir bijis{0}}ilgstošs izaicinājums. Profesora Qiu Jieshan un profesora Wang Gang komandas izstrādātā efektīva, zemas enerģijas{2}}tehnoloģija nodrošina jaunu pieeju jūras urāna resursu turpmākai attīstībai.
Turklāt tā izmantošana urāna{0}}piesārņoto gruntsūdeņu attīrīšanā var nodrošināt ūdens drošību un ekoloģisko veselību.
(Avots: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Attiecībā uz nākotnes plāniem profesors Qiu Jieshan teica DeepTech: "Mūsu komanda cieši sadarbosies ar augstākā līmeņa-līmeņa pētniecības iestādēm un zinātniekiem gan vietējā, gan starptautiskā mērogā, izmantojot progresīvas in-situ raksturošanas metodes, lai padziļināti atklātu šo -šo materiālu raksturīgo struktūru, kā arī urāna funkcionālās transportēšanas mehānisma un turpmākās elektrokatālijas optimizācijas mehānisma darbības attiecības. materiālu dizains un urāna ieguves veiktspējas uzlabošana."
Intervijā viņš arī paredzēja funkcionālo materiālu, īpaši funkcionālo oglekļa materiālu, plašās pielietošanas perspektīvas gāzu atdalīšanai, enerģijas uzglabāšanā un katalīzē, jo īpaši tādās lietojumprogrammās, kas valstij ir steidzami nepieciešamas, piemēram, augstas veiktspējas{0}}enerģijas uzglabāšanas materiālos un ierīcēs, jūras ūdens atsāļošanā un ūdens elektrolīzē ūdeņraža ražošanai kopā ar smalku ķīmisko vielu gudru ražošanu. Šajās jomās funkcionāliem oglekļa materiāliem to unikālās struktūras un īpašību dēļ būs izšķiroša nozīme.