核原料有望擺脫礦業開採?科學家用全新吸附材料從海中提取鈾

發佈日期: 2019 年 05 月 24 日 17:06 | 作者: | 分類: 產業資訊

若要取得核原料鈾,通常只有礦業開採一途,不僅會造成環境污染,對採礦工人與附近居民的健康更是長期的負擔,現在美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)團隊帶來暨環保又具成本效益的海水提煉法,研發鈾親和力高的聚合物吸附材料,或許能改變人們未來開採鈾的方式。

沒有鈾礦就沒有燃料棒,鈾對核能發電的重要性不言自明,然而鈾在陸地的含量不多,開採又會造成環境污染,如果想從海水提煉下手,海水中鈾的蘊含量僅每公升 3 微克,也就是說一公噸的海水只有 0.003 克的鈾,科學家如何從海水大量提煉呢?

目前海中取鈾主要方法為過濾法,日本原子能研究開發機構開發出聚合物墊,美國西北太平洋國家實驗室、LCW 超臨界技術公司組成的團隊則是用丙烯酸酯濾網來吸附海水裡的鈾,美國橡樹嶺國家實驗室也採用相同做法,先前開發出醯胺肟(音同希安沃,amidoxime)聚合物吸附材料,陽光照射即可開始吸收鈾離子。

不同技術有不同的優缺點,但整體來說它們距離商業化都還有一大段距離。就以醯胺肟聚合物來說,吸收率取決於聚合物的表面面積,但水中有太多的帶正電離子,在聚合物膜吸收鈾離子之前,可能會先吸收大量的釩離子、鈉離子跟鉀離子,反倒變成其他元素的提取技術。

再加上去除釩的過程也相當麻煩,所需的高濃度酸性溶液、廢棄溶液回收都是成本,酸處理也會破壞聚合物膜纖維,使得科學家研發的醯胺肟聚合物膜無法回收再利用,著實浪費。

因此由 ORNL、伯克利國家實驗室、加州大學柏克萊分校和南佛羅里達大學組成的團隊,決定打造具有「鈾離子吸引特性」又好處理的聚合物吸附材料。

他們以微生物體內的鐵載體(siderophores,註)為靈感,研製出鈾親和力高的官能基材料 H2BHT。不僅能有效吸附鈾離子,科學家還可以用較溫和的鹼性溶液進行加工,讓科學家可以循環再利用 H2BHT 聚合物材料,成為另一種成本優勢。

ORNL 化學科學家兼論文共同作者 Ilja Popovs 表示,理想狀態下,等比例放大的 H2BHT  聚合物材料不會吸附非鈾離子元素,就算吸收到其他離子,也很容易去除,而且材料也可以重複使用,能有效最大化鈾離子吸附效率。

只不過該團隊尚未公布新材料的吸收率或是能提取多少鈾粉,僅表示會再進一步改進方法,致力提高效率與朝商業化邁進。

目前新方法看不出會對環境造成什麼危害,至少比礦業開發還要環保,假如成功邁向商業階段,說不定可以改變人們獲得鈾的方式,雖然說一公噸的海水只有 0.003 克的鈾,但積少成多,海洋中鈾元素總量是陸地的 500 倍,40 億公噸的鈾已經足夠人們開發容量 1GW 的核分裂技術 1,000 年。

註:鐵載體是種具有高度鐵親和力的特定小分子,常見於細菌、真菌等微生物,也會出現在大麥、小麥等禾本科植物中。

(合作媒體:科技新報。首圖來源:ORNL

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