Интерес к атомной энергетике растет на фоне глобального перехода к низкоуглеродным технологиям, но отрасль сталкивается с серьезной проблемой ресурсов. Уран-235, используемый в большинстве ядерных реакторов, добывать все труднее. Запасы доступной руды сокращаются, а геологоразведка становится дороже. При нынешнем потреблении этих запасов хватит лишь на несколько десятилетий. Вот почему ученые ищут способы извлечения урана из океанов, где его запасы чрезвычайно велики.
Это не так просто: концентрация урана в морской воде крайне низкая, а органические вещества, микробы и конкурирующие ионы быстро оседают на любых материалах, погруженных в воду. Решить проблему попытались ученые из Университета Вэйфан и Северо-Китайского электроэнергетического университета. Они создали новое семейство сульфоновых ковалентных органических каркасов (S-COF), специально спроектированных для селективного захвата ионов урана в морской воде.
Главная инновация — пространственная конфигурация материала. Исследователи применили метод «стекинга» слоев и разработали структуру AB-укладки, в которой сульфоновые группы формируют узкий карман, идеально подходящий по форме и химическим свойствам для удержания ионов урана. Эта конструкция обеспечивает более сильное и избирательное связывание по сравнению с традиционными материалами.
Новый сорбент извлек 31,5 мг урана на грамм материала всего за сутки в обычной морской воде — лучший показатель, когда-либо зарегистрированный. Сродство связывания оказалось в 1000 раз выше, чем у материалов с классической укладкой, а помехи со стороны других ионов, включая ванадий, почти отсутствовали.
Столь высокая селективность открывает путь не только к более доступным ядерным ресурсам, но и к извлечению других редких элементов из сложных растворов. Это может иметь значение для производства аккумуляторов, катализаторов и высокотехнологичных материалов.
Однако технология пока далека от промышленного применения. Материал должен быть устойчив к длительному воздействию соленой воды, биологическому обрастанию и механическим нагрузкам, а также выдерживать многократные циклы восстановления. Кроме того, остается открытым вопрос, сможет ли его массовое производство конкурировать по стоимости с традиционной добычей урана.
