Химики разработали полимер, который захватывает из морской воды соединения урана, «не обращая внимания» на другие вещества. Такой способ добычи сырья может обеспечить человечество энергией на тысячелетия. 

Разработка описана в научной статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Напомним, что в морской воде содержатся ионы уранила (UO22+). Их не так уж много: три миллиграмма урана на тонну воды. Но суммарно это четыре миллиарда тонн урана. Согласно оценкам специалистов, это в тысячу раз больше, чем во всех наземных источниках вместе взятых. Дело в том, что реки в течение миллиардов лет вымывали ураноносные минералы из грунта и несли их в океан. Такого источника энергии человечеству может хватить на тысячелетия.

По этой причине с 1960-х годов учёные изучают вещества, способные захватывать ионы уранила.

«Цель состоит в том, чтобы разработать эффективные дешёвые адсорбирующие материалы, из которых можно извлекать уран в мягких условиях, а также повторно использовать их для многократных циклов экстракции», – объясняет первый автор работы Александр Иванов (Aleksandr Ivanov) из Национальной лаборатории Ок-Ридж в США.

На сегодняшний день лучше всего с извлечением уранила справляются материалы на основе амидоксимов. К сожалению, о них нельзя сказать, что они верны урану, как рыцарь прекрасной даме: ещё охотнее эти вещества захватывают ионы ванадия, хотя их и меньше в морской воде.

«В результате материалы на основе амидоксимов, являющиеся в настоящее время лидерами среди коммерчески доступных адсорбентов, быстрее, чем ураном, заполняются ванадием, который трудно и дорого удалять», – констатирует соавтор работы Илья Поповс (Ilja Popovs), также из Национальной лаборатории Ок-Ридж.

Для удаления ванадия требуется концентрированный раствор кислоты. Он повреждает материал, мешая его повторному использованию. К тому же встаёт вопрос, как утилизировать такой опасный очиститель. В итоге использование адсорбента становится попросту невыгодным.

Авторы новой разработки использовала другой подход. Химики «подсмотрели» технологию у бактерий и грибов, захватывающих из окружающей среды ионы железа. Для этого микроорганизмы используют особые вещества – сидерофоры (siderophores).

«Мы по сути создали искусственный сидерофор, чтобы улучшить способ селекции веществ и связывания урана», – говорит Поповс.

С помощью компьютерного моделирования и экспериментов «в пробирке» исследователи создали функциональную группу с умопомрачительным названием «2,6-бис-[гидрокси(метил)амино]-4-морфолино-1,3,5-триазин», для которой милосердно ввели краткое обозначение H2BHT.

Как показали эксперименты, полимер на основе H2BHT легко захватывает ионы уранила, практически не интересуясь ванадием и другими посторонними металлами. Отделить собранное сырьё можно с помощью мягкого раствора с щелочной реакцией. Он не повреждает материал и позволяет использовать его многократно.

Важно, что полимер дёшев в изготовлении, нетоксичен и не представляет опасности для экологии.

«Наш подход является значительным шагом вперёд, – резюмирует Поповс. – Наш материал специально разработан для отбора урана отдельно от других металлов, присутствующих в морской воде, и может быть легко переработан для повторного использования, что делает его гораздо более практичным и эффективным, чем ранее разработанные адсорбенты».

Теперь исследователи надеются достичь ещё большей эффективности и создать коммерческую версию адсорбента.