Hiljuti töötas Pekingi Keemiatehnoloogia Ülikooli professori Qiu Jieshani ja Dongguani Tehnikaülikooli professori Wang Gangi juhitud uurimisrühm hiljuti välja kahe muundamise rajaga elektrokatalüütilise materjali. See materjal suudab tõhusalt ekstraheerida ja eraldada üliväärtuslikku metalluraani uraani-sisaldavast reoveest, ekstraheerides ühe ekstraheerimisega rohkem kui kolm korda oma kaalust.
72 tunni jooksul suudab materjal eemaldada 98,4% uraanist uraani -sisaldavast reoveest, vähendades uraani kontsentratsiooni 0,022 mg L⁻¹-ni, mis vastab rahvusvahelistele joogiveestandarditele (0,03 mg L⁻¹). Moodulkatsed kinnitasid, et põhjaveest suudeti 17 tunni jooksul eraldada 15,75 mg uraani.
Tuumaenergia on oluline energiaallikas, mis toetab majanduslikku ja sotsiaalset arengut. Uraan on tuumaenergia tootmise võtmematerjal. Kergesti kaevandatavad uraanimaardlad Maal muutuvad aga üha napimaks, samas kui vähesel määral uraani sisaldavat heitvett leidub ohtralt, raiskades ressursse ja saastades keskkonda. Selle meeskonna väljatöötatud elektrokatalüütiline materjal on uudset tüüpi nanomaterjalid, mis on võimelised uraani veest tõhusalt, kiiresti ja puhtalt ekstraheerima.
(Allikas: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
01 Bifunktsionaalne elektrokatalüütiline materjal, mis suudab "kahel jalal kõndida"
See läbimurre seisneb selle elektrokatalüütilise materjali kahefunktsiooni loomises, mis annab sellele võimaluse "kahel jalal kõndida".
See nende loodud spetsiaalne elektrokatalüütiline materjal on geniaalselt ühendatud kahest materjalist: anorgaanilisest volframoksiidist ja orgaanilisest polüpürroolist.
Volframoksiid kasvab merisiiliku kujuliseks, polüpürrool aga nagu elektrit juhtiva tarretise kiht, on merisiiliku pinnal ühtlaselt kaetud.
See geniaalne komposiitkonstruktsioon annab sellele uudsele elektrokatalüütilisele materjalile järgmised kaks peamist võimet:
Esimene võimalus on sisemine elektrivälja "magnet".
Pärast volframoksiidi ja polüpürrooli ühendamist tekib nende vahel väike sisemine elektriväli. See elektriväli toimib nagu elektronide libisemine, võimaldades elektronidel sujuvamalt liikuda polüpürroolist volframoksiidini.
Selle tulemusena muutub volframoksiidi pind positiivselt laetud uraaniioonide hõivamiseks ja taltsutamiseks osavamaks, redutseerides need kiiresti elektriliselt tagasi tahkeks uraaniks. Lihtsamalt öeldes muudab see elektrokatalüsaatori uraani jaoks atraktiivsemaks, hoiab seda kindlamalt ja redutseerimiskiiruse kiirem.
Teine võimalus on "sademe"{0}}isetootmine.
Polüpürroolil endal on ainulaadne võime: see suudab täielikult ära kasutada vees lahustunud hapnikku, tekitades stabiilselt vesinikperoksiidi-sama vesinikperoksiidi, mida kasutatakse desinfitseerimiseks-, mis põhineb kahe-elektronilise hapniku redutseerimise reaktsioonil.
See on ülioluline, sest vesinikperoksiid, sattudes vees uraaniioonidesse, läbib kohe "klõpsukeemia" reaktsiooni, tekitades kollase tahke sademe, mida nimetatakse uraanperoksiidiks.
See reaktsioon on väljakujunenud{0}}tööstuslik meetod uraani puhastamiseks. Sel viisil ei tõmba elektrood uraaniioone mitte ainult ligi, vaid sadestab need koheselt tahke kollase sadena enda peale, eraldades need täielikult veest.
Nendel kahel -elektriväljal- juhitaval elektrokeemilisel redutseerimisel ja vesinikperoksiidil- juhitaval keemilisel sadestamisel- on sünergistlik mõju, nagu elektrokatalüsaatori varustamine kahe mootoriga, kiirendades oluliselt veest ekstraheeritava uraani kiirust ja koguhulka.
(Allikas: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
02 Kõrge ekstraheerimine, kiire ekstraheerimine, selge äratundmine, pikk{1}}kasutus
Katsed on tõestanud selle kahe{0}}mootoriga elektrokatalüsaatori muljetavaldavat jõudlust:
Esiteks ekstraheerib see suures koguses. Eksperimentaalsete katsete käigus saavutas selle suurim ekstraheerimisvõimsus 3104 milligrammi uraani ühe grammi materjali kohta, mis on peaaegu kaks korda suurem kui praeguste juhtivate tehnoloogiate puhul.
Teiseks ekstraheerub see kiiresti. Hapnikuga rikastatud vees suudab see eemaldada üle 93% uraanist 6 tunni jooksul, mis on peaaegu kaks korda tõhusam kui ühe-mootoriga hapnikuvabas{4}}keskkonnas.
Teiseks on sellel suurepärane selektiivsus; isegi tavaliste metalliioonide, nagu naatriumi, kaltsiumi ja magneesiumi, olemasolul vees suudab elektroodimaterjal siiski täpselt ja eelistatavalt uraani püüda.
Lõpuks on sellel pikaealisus. Õrn pesemine lahjendatud happega lahustab ja taastab elektrokatalüsaatori materjalile kleepunud väikesed kollased kivid. Elektroodi materjal ise on vastupidav ja stabiilne, võimaldades vähemalt 20 korduskasutust ilma jõudluse vähenemiseta.
See tähendab, et sellel funktsionaalsel nano{0}}elektrokatalüsaatori materjalil on laialdased kasutusvõimalused. Uraani kaevandamisel, töötlemisel ja aheraine töötlemisel saab selle tehnoloogia abil uraani tõhusalt reoveest eraldada, vähendades radioaktiivseid jäätmeid ja ringlusse võtta väärtuslikke ressursse.
Uraani ökonoomne ja tõhus ekstraheerimine suurest kogusest mereveest on olnud pikaajaline{0}} väljakutse. Professor Qiu Jieshani ja professor Wang Gangi meeskonna poolt välja töötatud tõhus ja vähese energiatarbega{2}}tehnoloogia pakub uut lähenemisviisi mere uraaniressursside edasiseks arendamiseks.
Lisaks võib selle kasutamine uraaniga{0}}saastunud põhjavee töötlemisel tagada veekindluse ja ökoloogilise tervise.
(Allikas: https://www.nature.com/articles/s41467-025-65932-4)
Tulevikuplaanide kohta ütles professor Qiu Jieshan DeepTechile: "Meie meeskond teeb tihedat koostööd tipp-taseme uurimisasutuste ja teadlastega nii riigis kui ka rahvusvahelisel tasandil, kasutades täiustatud in situ iseloomustamise tehnikaid, et paljastada sügavalt nende struktuuride olemuslik struktuur, uraani funktsionaalse transpordi mehhanismi ja aktiivsuse mehhanismi, uraaniumi liikide edasist optimeerimist ja elektrokataliitilist transporti. materjali disain ja uraani ekstraheerimise tõhususe parandamine."
Intervjuus nägi ta ka funktsionaalsete materjalide, eriti funktsionaalsete süsinikmaterjalide laiaulatuslikke kasutusvõimalusi gaasi eraldamisel, energia salvestamisel ja katalüüsil, eriti riigi jaoks hädasti vajalikes rakendustes, nagu suure jõudlusega{0}}energiasalvestusmaterjalid ja -seadmed, merevee magestamine ja vee elektrolüüs vesiniku tootmiseks koos peenkemikaalide intelligentse tootmisega. Nendes valdkondades mängivad funktsionaalsed süsinikmaterjalid oma ainulaadse struktuuri ja omaduste tõttu otsustavat rolli.
