Neseniai Pekino Cheminės technologijos universiteto profesoriaus Qiu Jieshano ir Dongguano technologijos universiteto profesoriaus Wang Gang vadovaujama tyrimų grupė sukūrė elektrokatalizinę medžiagą su dvigubu konversijos keliu. Ši medžiaga gali efektyviai išgauti ir išgauti itin vertingą metalinį uraną iš urano{1}}turinčių nuotekų, išgaunant daugiau nei tris kartus už savo svorį per vieną gavybą.
Per 72 valandas medžiaga gali pašalinti 98,4% urano iš urano{2}}turinčių nuotekų, sumažindama urano koncentraciją iki 0,022 mg L⁻¹, atitinkančios tarptautinius geriamojo vandens standartus (0,03 mg L⁻¹). Moduliniai eksperimentai patvirtino, kad per 17 valandų iš požeminio vandens galima išgauti 15,75 mg urano.
Branduolinė energija yra labai svarbus energijos šaltinis, remiantis ekonominį ir socialinį vystymąsi. Uranas yra pagrindinė branduolinės energijos gamybos medžiaga. Tačiau lengvai iškasamo urano telkinių Žemėje vis mažėja, o nuotekų, kuriose yra urano pėdsakų, yra daug, o tai eikvoja išteklius ir teršia aplinką. Šios komandos sukurta elektrokatalizinė medžiaga yra naujo tipo nanomedžiaga, galinti efektyviai, greitai ir švariai išgauti uraną iš vandens.
(Šaltinis: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Dvifunkcinė elektrokatalitinė medžiaga, galinti „vaikščioti dviem kojomis“
Šis laimėjimas slypi sukūrus dvigubą šios elektrokatalizinės medžiagos funkciją, suteikiančią jai galimybę „vaikščioti dviem kojomis“.
Ši speciali jų sukurta elektrokatalizinė medžiaga yra išradingai sujungta iš dviejų medžiagų: neorganinio volframo oksido ir organinio polipirolio.
Volframo oksidas išauga į jūros ežio formą, o polipirolis, kaip laidžios želė sluoksnis, tolygiai padengtas jūros ežio paviršiumi.
Ši išradinga kompozicinė struktūra suteikia šiai naujai elektrokatalizinei medžiagai šias dvi pagrindines galimybes:
Pirmoji galimybė yra vidinis elektrinis laukas "magnetas".
Sujungus volframo oksidą ir polipirolį, tarp jų susidaro nedidelis vidinis elektrinis laukas. Šis elektrinis laukas veikia kaip kryptingas elektronų slydimas, leidžiantis elektronams sklandžiau tekėti iš polipirolio į volframo oksidą.
Dėl to volframo oksido paviršius tampa tinkamesnis fiksuojant ir sutramdydamas teigiamai įkrautus urano jonus, greitai elektroredukuodamas juos atgal į kietą uraną. Paprasčiau tariant, dėl to elektrokatalizatorius tampa patrauklesnis uranui, tvirčiau laikomas, o redukcijos greitis greitesnis.
Antroji galimybė yra savaime{0}}nuosėdų gamyba.
Pats polipirolis pasižymi unikaliomis savybėmis: jis gali visiškai panaudoti vandenyje ištirpusį deguonį, stabiliai gamindamas vandenilio peroksidą-tą patį vandenilio peroksidą, naudojamą dezinfekcijai-, remiantis dviejų-elektronų deguonies redukcijos reakcija.
Tai labai svarbu, nes vandenilio peroksidas, susidūręs su urano jonais vandenyje, iš karto patiria „spragtelėjimo chemijos“ reakciją ir susidaro geltonos kietos nuosėdos, vadinamos urano peroksidu.
Ši reakcija yra gerai{0}}pramoninis urano valymo metodas. Tokiu būdu elektrodas ne tik pritraukia urano jonus, bet ir akimirksniu nusodina juos kaip vientisas geltonas nuosėdas, visiškai atskirdamas jas nuo vandens.
Šie du keliai-elektrinio lauko-varomi elektrocheminio redukavimo ir vandenilio peroksido-sukeliamo cheminio nusodinimo- turi sinergetinį poveikį, pavyzdžiui, elektrokatalizatoriaus aprūpinimas dvigubu varikliu, labai pagreitinantis greitį ir bendrą iš vandens išgaunamo urano kiekį.
(Šaltinis: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Didelis ištraukimas, greitas ištraukimas, aiškus atpažinimas, ilgalaikis{1}} naudojimas
Eksperimentai įrodė įspūdingą šio{0}}dviejų variklių elektrokatalizatoriaus našumą:
Pirma, jis ištraukia didelį kiekį. Eksperimentinių bandymų metu didžiausias jo gavybos pajėgumas siekė 3104 miligramus urano vienam gramui medžiagos, beveik dvigubai daugiau nei dabartinės pirmaujančios technologijos.
Antra, jis greitai išsiskiria. Deguonimi prisotintame vandenyje jis gali pašalinti daugiau nei 93 % urano per 6 valandas, beveik dvigubai efektyviau nei vieno -variklio be deguonies- aplinkoje.
Antra, jis pasižymi puikiu selektyvumu; Net ir esant paprastųjų metalų jonų, tokių kaip natris, kalcis ir magnis, vandenyje, elektrodo medžiaga vis tiek gali tiksliai ir pirmiausia užfiksuoti uraną.
Galiausiai, jis gali pasigirti ilgaamžiškumu. Švelnus plovimas praskiesta rūgštimi ištirpina ir atkuria mažus geltonus akmenėlius, prilipusius prie elektrokatalizatoriaus medžiagos. Pati elektrodo medžiaga yra tvirta ir stabili, todėl ją galima pakartotinai naudoti mažiausiai 20 kartų, praktiškai nesumažinant veikimo.
Tai reiškia, kad ši funkcinė nano{0}}elektrokatalizatoriaus medžiaga turi plačias pritaikymo perspektyvas. Urano kasybos, perdirbimo ir atliekų apdorojimo metu ši technologija gali efektyviai išgauti uraną iš nuotekų, sumažinant radioaktyviąsias atliekas ir perdirbant vertingus išteklius.
Kaip ekonomiškai ir efektyviai išgauti uraną iš didžiulių jūros vandens kiekių, buvo{0}}ilgas iššūkis. Profesoriaus Qiu Jieshano ir profesoriaus Wang Gang komandos sukurta efektyvi, mažai energijos sunaudojanti{2}}technologija suteikia naują požiūrį į būsimą jūrų urano išteklių plėtrą.
Be to, jo taikymas apdorojant uranu{0}}užterštą požeminį vandenį gali užtikrinti vandens saugumą ir ekologinę sveikatą.
(Šaltinis: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Kalbėdamas apie ateities planus, profesorius Qiu Jieshan sakė „DeepTech“: „Mūsų komanda glaudžiai bendradarbiaus su aukščiausio lygio- mokslinių tyrimų institucijomis ir mokslininkais tiek šalyje, tiek tarptautiniu mastu, naudodama pažangius in-situ apibūdinimo metodus, kad būtų galima giliai atskleisti šių medžiagų vidinę struktūrą, -aktyvumo santykį, funkcinį urano transportavimo mechanizmą ir toliau optimizuojantį urano transportavimo mechanizmą. medžiagų projektavimas ir urano gavybos efektyvumo gerinimas.
Interviu jis taip pat numatė plačias funkcinių medžiagų, ypač funkcinių anglies medžiagų, taikymo perspektyvas dujų atskyrimo, energijos kaupimo ir katalizavimo srityse, ypač tais atvejais, kurių tautai skubiai reikia, pvz., didelio{0}}našumo energijos kaupimo medžiagos ir prietaisai, jūros vandens gėlinimas ir vandens elektrolizė vandenilio gamybai kartu su išmaniųjų smulkiųjų cheminių medžiagų gamyba. Šiose srityse funkcinės anglies medžiagos dėl savo unikalios struktūros ir savybių vaidins lemiamą vaidmenį.