YENİ ELEKTROKİMYASAL STRATEJİ, KARMAŞIK ATIK SULARDAN URANYUM GERİ KAZANIMINI ARTIRIYOR
Uranyum, nükleer enerji üretimi için hayati bir kaynak olmasına rağmen, geleneksel madencilik artan çevresel ve ekonomik baskılarla karşı karşıyadır. Dünya çapında bilim insanları, atık su, deniz suyu ve kirli endüstriyel atıklar gibi geleneksel olmayan kaynaklardan uranyum çıkarmanın yeni yollarını araştırıyor. Elektrokimyasal uranyum çıkarma, kontrol edilebilir çalışma, hızlı tepki ve yüksek seçicilik sağladığı için cazip bir alternatif olarak ortaya çıkmıştır. Ancak bu teknoloji, elektrot pasivasyonu, rakip iyonların etkileşimi ve verimli elektrot üretiminin yüksek maliyeti gibi sorunlarla hâlâ mücadele etmektedir.
Yakın zamanda yapılan bir çalışma, aynı anda iki görevi yerine getirebilen, kendi kendine ayakta duran kovalent organik bir çerçeve elektrot geliştirerek bu sınırlamaları ele aldı. Karbon kumaş destek üzerine inşa edilen elektrot, hidrojen peroksit üretmek için oksijen indirgeme reaksiyonunu yönlendiren bir poliarileter omurgası ve uranil iyonlarını seçici olarak bağlayan amidoksim grupları içeriyor. Bu kombinasyon, ekstraksiyon sürecini büyük ölçüde iyileştiren koordineli bir kimyasal ve elektrokimyasal yol sağlıyor.
Çalışmanın güçlü yönlerinden biri, ekstraksiyon performansını etkileyen faktörlerin sistematik değerlendirmesidir. Araştırmacılar, çözelti pH'ının merkezi bir rol oynadığını bulmuşlardır. Asidik ortamlarda, amidoksim gruplarının protonlanması, uranyumu çekme yeteneklerini azaltır. Buna karşılık, nötr ila alkali koşullar daha güçlü bağlanmayı teşvik eder ve ekstraksiyon sırasında oluşan kristalin bir uranyum peroksit bileşiği olan studit oluşumunu destekler. pH uygun bir aralıkta tutulduğunda, sistem %90'ın üzerinde ekstraksiyon verimliliğine ulaşır.
Uygulanan voltaj bir diğer önemli parametredir. Hidrojen peroksit üretim hızı, iki elektronlu oksijen indirgeme reaksiyonunu kontrol eden voltaja doğrudan bağlıdır. Uygulanan potansiyelin artırılması, elektrot yüzeyine yakın yerel hidrojen peroksit konsantrasyonunu artırarak uranyum geri kazanımını önemli ölçüde iyileştirir. Bu, özellikle yüksek uranyum konsantrasyonlarında, stüttit oluşumunu hızlandırır ve ekstraksiyon verimliliğini artırır.
Sistem ayrıca, gerçek atık sularda yaygın olarak bulunan sodyum iyonları ve organik katkı maddelerinden kaynaklanan girişimlere karşı mükemmel direnç göstermektedir. Elektrot, yüksek iyonik güce veya karmaşık organik bileşenlere sahip çözeltilerde bile %85'in üzerinde uranyum çıkarma verimliliği sağlar. Bu dayanıklılık, amidoksim gruplarının uranil iyonları için güçlü içsel seçiciliğini yansıtır.
Uzun vadeli performans testleri, yaklaşımın dayanıklılığını daha da net bir şekilde ortaya koymaktadır. Organik açıdan zengin radyoaktif atıksuda, elektrot 450 saatlik sürekli çalışma boyunca gram malzeme başına dokuz bin miligramdan fazla uranyum biriktirmiştir; bu, elektrokimyasal uranyum çıkarma sistemleri için bildirilen en yüksek değerler arasındadır.
Bu başarının ardındaki sinerjik mekanizma, birbiriyle bağlantılı iki adımdan oluşur. İlk olarak, amidoksim grupları uranil iyonlarını şelatlayarak çekirdeklenmeyi başlatır. İkinci olarak, elektrokimyasal olarak üretilen hidrojen peroksit, sürekli kristal büyümesini sağlar. Bu süreçler bir araya geldiğinde, zorlu kimyasal koşullar altında bile istikrarlı ve verimli bir ekstraksiyon sağlar.
Yazarlar, teknolojinin yaygın olarak kullanıma sunulmasının önünde elektrot imalatını iyileştirmek, pH dalgalanmalarına karşı hassasiyeti azaltmak ve uzun süreli çalışma sırasında aktif bölgelerin tıkanmasını önlemek gibi çeşitli zorlukların bulunduğunu belirtiyorlar. Makine öğrenimi rehberliğinde malzeme tasarımı, gelişmiş voltaj kontrol stratejileri, operando karakterizasyonu ve büyük ölçekli uygulamaları desteklemek için modüler akış sistemi mühendisliği gibi gelecekteki yönleri vurguluyorlar.
Bu araştırma, karmaşık gerçek dünya ortamlarında çalışabilen pratik ve yüksek performanslı uranyum geri kazanım sistemlerine doğru önemli bir adım sunmaktadır. Ayrıca, çevresel iyileştirme ve kaynak geri kazanımı için yeni nesil elektrokimyasal malzemeler ve prosesler tasarlamak için değerli rehberlik sunmaktadır.
