科学家发明从海水中提取铀用于核能的新技术

科学家发明从海水中提取铀用于核能的新技术核能反应堆释放原子内部自然储存的能量，并通过将原子真正击碎--这一过程被称为裂变--将其转化为热能和电能。铀是这一过程中最受欢迎的元素，因为它的所有形态都具有不稳定性和放射性，很容易分裂。目前，这种金属是从岩石中提取的，但铀矿储量有限。然而，据核能机构估计，有45亿吨铀以溶解铀酰离子的形式漂浮在我们的海洋中。这一储量是陆地上储量的1000多倍。但事实证明，提取这些离子具有挑战性，因为提取材料没有足够的表面积来有效捕获离子。因此，东北师范大学化学学院的RuiZhao,GuangshanZhu及其同事希望开发一种具有大量微观角落和缝隙的电极材料，用于电化学捕获海水中的铀离子。这种新型涂层布能有效地在其表面积聚来自含铀海水的铀（黄色）。来源：改编自《美国化学学会中心科学》，2023年，DOI:10.1021/acscentsci.3c01291为了制作电极，研究小组首先使用碳纤维编织的柔性布。他们在布上涂上两种特殊的单体，然后进行聚合。接着，他们用盐酸羟胺处理布，在聚合物中加入脒肟基团。布的天然多孔结构为脒肟创造了许多微小的口袋，使其可以嵌套在其中，从而轻松捕获铀离子。在实验中，研究人员将涂层布作为阴极放入天然海水或加铀的海水中，再加上一个石墨阳极，并在电极之间运行循环电流，随着时间的推移，阴极布上积累了亮黄色的铀基沉淀物。在使用从渤海收集的海水进行的测试中，每克涂层活性材料在24天内提取了12.6毫克铀。涂层材料的提取能力高于研究小组测试的大多数其他铀提取材料。此外，使用电化学方法捕获离子的速度比让离子在布上自然积聚的速度快三倍左右。研究人员说，这项工作提供了一种从海水中捕获铀的有效方法，这可能会使海洋成为新的核燃料供应地。编译来源：ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1415679.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1415679.htm

一种新的简单工艺可以从海水中提取有价值的化合物

一种新的简单工艺可以从海水中提取有价值的化合物这种方法对一个古老的过程提供了一个新的技巧。在20世纪中期，化学公司通过将海水与氢氧化钠（通常称为碱液）混合，成功地从海水中制造出镁原料。由此产生的氢氧化镁盐可以被加工成金属镁。然而，这个过程会产生复杂的镁和钙盐混合物，很难分离，而且成本很高。最近的这项工作产生了纯镁盐，使加工过程更加有效。PNNL化学家和华盛顿大学材料科学与工程系副教授ChinmayeeSubban说："通常情况下，人们通过开发更复杂的材料来推进分离研究，这项工作是如此令人兴奋，因为我们采取了一种完全不同的方法。我们发现了一个简单的过程，它是有效的。当规模扩大时，这个过程可以通过产生初级原料帮助推动美国镁生产的复兴。我们周围有一个巨大的、蓝色的、未开发的资源。"来自PNNL-Sequim园区的海水为这个研究项目提供了支持从塞基姆海水到固体盐Subban和该团队使用来自PNNL-Sequim园区的海水测试了他们的新方法，使研究人员能够利用华盛顿州各地的PNNL设施。"作为一名海岸科学工作人员，我只是给我们Sequim化学小组的一名成员打电话，要求提供海水样本，"Subban说。"第二天，我们有一个冷却器被送到我们在西雅图的实验室。在里面，我们发现了冷敷袋和一瓶冰镇的塞奎姆海水。这项工作代表了PNNL的里奇兰、西雅图和塞奎姆校区之间可以发生的合作。"在层状共流法中，研究人员将海水与含有氢氧化物的溶液一起流动。含镁的海水迅速反应，形成一层固体氢氧化镁。这层薄薄的东西对溶液的混合起到了阻碍作用。PNNL博士后研究员QingpuWang说："流动过程产生的结果与简单的溶液混合有很大的不同。最初的固体氢氧化镁屏障阻止了钙与氢氧化物的相互作用。我们可以选择性地生产纯固体氢氧化镁，而不需要额外的纯化步骤。"这个过程的选择性使其特别强大。产生纯净的氢氧化镁，没有任何钙的污染，使研究人员可以跳过能源密集型和昂贵的纯化步骤。未来的可持续性这种新的温和工艺有可能是高度可持续的。例如，用于提取镁盐的氢氧化钠可以利用海水和海洋可再生能源现场生成。去除镁是海水淡化的一个必要预处理步骤，将新工艺与现有技术相结合，可以使海水变成淡水变得更容易、更便宜。该团队的工作是层状共流法在选择性分离中的首次展示。这种新方法有许多额外的潜在应用，但需要做更多的工作来了解该过程的基本化学成分。这一知识差距为推动蓝色经济的发展提供了新的可能性和研究方向。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1335321.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1335321.htm

45亿吨储量 核电无限续航 中核集团最大海水提铀海试平台亮相

45亿吨储量核电无限续航中核集团最大海水提铀海试平台亮相现场试验是关系到海水提铀技术能否成功的关键一环。目前，国内仅有少数单位开展了海水提铀现场试验。海试平台位于海南省昌江黎族自治县海尾镇海域，由框架系统和锚固系统组成，框架系统采用国内先进的抗风浪浮动式网箱专利技术，由八个8米x8米的浮动网箱连接组成，设计可抵抗6级海况，面积约600平方米。中核集团海水提铀试验平台是我国最大海水提铀试验平台，具备开展真实海洋情况下的材料验证与放大实验能力，后续，该平台将面向海水提铀技术创新联盟成员单位开放使用。未来，该平台将与中核集团海水提铀研究试验中心、国际交流中心共同组成“两个中心，一个平台”的海水提铀科研基地，打造形成世界领先的海水提铀原创技术高地。海水中铀蕴含量约45亿吨，技术瓶颈一旦突破，将实现核工业发展的“无限续航”。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1360575.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1360575.htm

非凡的新催化剂片能廉价地从海水中分离出氢气

非凡的新催化剂片能廉价地从海水中分离出氢气澳大利亚巨大的可再生能源潜力和以出口为重点的经济使其有能力在国际上进行大批量竞争。但是，作为一个以沙漠为主要地貌的大陆，它也非常清楚水资源的短缺和将其土地的生命线运往海外的危险性。生产每公斤（2.2磅）氢气需要9升（2.4加仑）淡水，这是个坏兆头。用海水制造绿色氢气比用淡水更难，首先需要考虑腐蚀问题，然后是需要应对大量杂质和微生物，再者需要靠近可再生能源的沿海地区--对于像澳大利亚这样大且相对空旷的国家来说，这不是一个问题，但在其他地方绝对是一个因素。在某种程度上还需要考虑在完成盛产后将什么放回海洋中，是否创造了危险的盐度水平或将高浓度的有毒氯气排放回海洋环境中。但好处是相当巨大的：当使用海水时，不仅供水是几乎免费的，而且如果这些氢气在当地被燃烧或通过燃料电池运行，排放出的淡水过滤后还可以浇灌干旱的土地。因此，目前有很多团队正在研究从海水中产生绿色氢气的电解技术。早在12月，我们看了一个高效的中国设备，它利用蒸汽压差自发地从海水中蒸发出纯水，然后进行电解。几周前，另一个国际团队发现了一种标准电解器的表面处理方法，使其在海水中也能正常运行。而早在2021年，我们关注了沙特阿拉伯的一种非常令人兴奋的方法，它不仅可以捕获氢气，还可以捕获可销售的氯气和电池级磷酸锂，这将解决另一个全球问题，并且在这个过程中看起来是非常好的生意。上图：催化剂有望廉价且易于规模化生产。底部：电极上的氢进化反应（HER）和氧进化反应（OER）RMIT今天，澳大利亚皇家墨尔本理工大学的科学家们宣布了另一种具有巨大潜力的方法，即直接从海水中产生高效、低成本的绿色氢气，而不产生氯气。"使用海水的最大障碍是氯，它可以作为副产品产生。"刚刚发表在同行评议的Wiley杂志《Small》上的一篇论文的首席研究员NasirMahmood博士说。"如果我们不首先解决这个问题就满足世界上的氢气需求（使用海水），我们每年会产生2.4亿吨氯气--这是世界上氯气需求量的三到四倍。用氢气生产替代化石燃料制造的氢气是没有意义的，它可能会以不同的方式破坏我们的环境。我们的工艺不仅省略了二氧化碳，而且也没有氯的产生"。皇家墨尔本理工大学的设备使用了一种由氮掺杂的磷化镍（NiMo3P）片制成的新型催化剂。在每个片状层中都有大量孔隙，旨在加速催化活性和质量转移。透射电子显微镜显示氮掺杂的磷化钼镍的纳米级片材中的孔隙研究小组说，氮的掺入发挥了一些功能，包括增加导电性，优化电子密度和表面化学，以及在薄片中为水催化创造新的活性点。当氮与表面金属结合时产生的电负性有助于阻止不需要的离子和分子接触催化剂的表面，而表面上存在的磷酸盐、硫酸盐、硝酸盐和羟基离子则有助于阻挡胆碱并防止腐蚀。实验中，该团队发现这种催化剂表现出了出色的效率，并完全抑制了氯气的产生。"在碱性电解质和海水中，N-NiMo3P片表现出特殊的HER[氢进化反应]过电位值，在10mAcm-2时分别为23和35mV，"研究报告写道。此外，对于完全的水分离，在碱性电解质和海水中分别只需要1.52和1.55伏就可以达到10毫安厘米-2。这些特殊的结果表明，通过调节二维材料的结构和组成，可以从海水中产生低成本的氢气。""这些新的催化剂运行所需的能量非常少，可以在室温下使用，"Mahmood在一份新闻稿中介绍说，它们也应该是相对便宜的，并且容易在绿色氢气市场预计需要的巨大规模下生产。从左到右。MuhammadWaqasKhan博士、NasirMahmood博士和SurajLoomba先生，他们是皇家墨尔本理工大学从事这项研究的团队的成员。Muhammad说："为了真正实现可持续发展，我们使用的氢气在整个生产周期中必须是100%无碳的，而且不能削减世界上宝贵的淡水储备。我们直接从海水中生产氢气的方法是简单的、可扩展的，并且比目前市场上的任何绿色氢气方法更具成本效益。随着进一步的发展，我们希望这能推动在澳大利亚建立一个繁荣的绿色氢气产业"。随着研究的继续，该团队将转而扩大规模。下一步是建立一个运行这些催化剂片堆的原型电解器系统，以生产大量的氢气，并开始优化系统规模的效率。Mahmood认为，这项技术可以帮助实现澳大利亚政府的目标，即以2澳元/公斤（1.40美元/公斤）的价格生产绿色氢气，在这个水平上，它与使用化石燃料生产的肮脏氢气相比，具有成本竞争力。对于公司大量投资于大规模绿色氢气生产，他们需要知道他们可以做到有利可图，并与其他氢气和燃料来源竞争。让我们拭目以待，当然希望这些海水分离的创新在资产负债表上的效果和在实验室里的效果一样好。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1344291.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1344291.htm

新吸附材料带来的处理方法可彻底在饮用水中消除PFAS

新吸附材料带来的处理方法可彻底在饮用水中消除PFAS永久化学品，正式称为PFAS（全氟和多氟烷基物质），是一个庞大的物质群体，使某些产品具有不粘和防污的特性。有超过4700种不同类型的PFAS在使用，这些化学品通常在雨具、不粘锅、防污剂和消防泡沫中发现。研究表明，PFAS与各种健康问题有关，包括荷尔蒙失调、心血管疾病、发育问题，甚至是癌症。为了去除饮用水中的PFAS，Mohseni博士和他的团队设计了一种独特的吸附材料，能够捕获并保持供水中存在的所有PFAS。UBC的研究人员设计了一种独特的吸附材料，能够捕获供水中存在的所有PFAS。资料来源：Mohseni实验室/UBC然后使用特殊的电化学和光化学技术销毁这些PFAS，这些技术也是由Mohseni实验室开发的，并在最近发表在Chemosphere的一篇新论文中进行了部分描述。UBC的研究员，MadjidMohseni教授。虽然目前市场上有一些处理方法，如广泛用于家庭和工业的活性炭和离子交换系统，但它们不能有效地捕获所有不同的PFAS，或者需要更长的处理时间，Mohseni博士解释说。"我们的吸附介质可以捕获高达99%的PFAS颗粒，而且还可以再生并有可能重新使用。这意味着，当我们从这些材料中擦除PFAS时，我们不会最终产生更多的高毒性固体废物，这将是另一个重大的环境挑战。"他解释说，虽然加拿大不再生产PFAS，但它们仍然被纳入许多消费品中，然后可以渗入环境中。例如，当我们使用防污或驱虫喷雾剂/材料，清洗经过PFAS处理的雨具，或使用某些泡沫来灭火时，这些化学品最终会进入我们的水道。或者当我们使用含有PFAS的化妆品和防晒霜时，这些化学品可能会进入人体。对大多数人来说，接触的途径是食品和消费品，但他们也可能从饮用水中接触到--特别是如果他们生活在水源受污染的地区。Mohseni博士的研究小组也专注于为农村、偏远地区和土著社区开发水的解决方案，他指出："我们的吸附介质对生活在小社区的人们特别有利，他们缺乏资源来实施最先进和最昂贵的解决方案，可以捕获PFAS。这些也可以以分散和家庭水处理的形式使用"。UBC团队正准备从本月开始在不列颠哥伦比亚省的一些地方试用这项新技术。Mohseni博士说："我们从这些真实世界的实地研究中获得的结果将使我们能够进一步优化该技术，并使其成为市政当局、工业和个人可以用来消除水中的PFAS的产品，"。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1359929.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1359929.htm

研究证实普通化肥化合物可将促成自然铀释放到地下水中

研究证实普通化肥化合物可将促成自然铀释放到地下水中铀浓度超过环保局的阈值已被证明会对人类造成肾脏损害，特别是当经常通过饮用水摄入人体时。硝酸盐是无机化合物，在各种生物过程中发挥着重要作用，包括植物的生长和繁殖以及动物的血压调节。它们通常被用作农业的肥料，但也可以在食物和水源中发现。"大多数内布拉斯加人依赖地下水作为饮用水，"生物科学学院和地球与大气科学系副教授韦伯说。"在林肯，我们依赖它。很多农村社区，他们更是依靠地下水。因此，当你摄入高浓度的（铀）时，这就成为一个潜在的问题。"内布拉斯加的KarrieWeber（最右边）指导其他Husker研究人员如何测试内布拉斯加Alda附近地下水中的铀含量。该团队通过实验证实，硝酸盐是肥料和动物粪便中常见的一种化合物，可以帮助将天然存在的铀从地下输送到地下水。资料来源：道格尔蒂全球食品水研究所研究已经确定，溶解的无机碳可以通过化学方式从地下沉积物中分离出微量的天然、非放射性的铀，最终使其运输到地下水中。但是，2015年的研究发现，高平原含水层的某些地区的铀含量高达89倍于美国环保署的阈值，这使韦伯相信，硝酸盐也在发挥作用。因此，在12位同事的帮助下，韦伯开始测试这一假设。为此，该小组从内布拉斯加州阿尔达附近的一个含水层地点提取了两个圆柱形的沉积物核心--每个大约2英寸宽，深60英尺。研究人员知道，该地点不仅含有天然的铀痕迹，而且还允许地下水向东流入邻近的普拉特河。他们的目标是在沉积物样本中重现这种流动，然后确定在水中加入一些硝酸盐是否会增加随水带走的铀的数量。"我们想要确保的事情之一是，当我们收集样本时，我们没有改变铀或沉积物或（微生物）群落的状态，"韦伯说。"我们做了一切我们能做的事情来保护自然条件"。"一切"意味着对提取的岩心立即进行加盖和蜡封，将它们滑入密闭管中，用氩气冲洗这些管子以驱除任何氧气，并将它们放在冰上。回到实验室后，韦伯和她的同事最终将从两个岩心中各取出15英寸的部分。这些片段由沙子和淤泥组成，其中的铀含量相对较高。随后，研究小组将用这些淤泥填充多个柱子，然后以大致相同的地下水流速将模拟地下水泵入其中。在某些情况下，这些水不包含任何额外内容。在其他情况下，研究人员加入了硝酸盐。而在其他情况下，他们同时添加了硝酸盐和一种抑制剂，旨在阻止生活在沉积物中的微生物的生化活动。含有硝酸盐但缺乏微生物抑制剂的水成功地带走了大约85%的铀--相比之下，当水没有硝酸盐时，只有55%，当水含有硝酸盐但也含有抑制剂时，只有60%。这些结果表明，硝酸盐和微生物都在进一步调动铀。他们还支持这样的假设：由微生物引发的一系列生物化学事件正在将原本是固体的铀转化为可以轻易溶解于水的形式。首先，生活在沉积物中的细菌向硝酸盐捐赠电子，催化其转变为一种叫做亚硝酸盐的化合物。然后，亚硝酸盐会氧化--从邻近的铀中窃取电子，最终将其从固体矿物变成水态矿物，准备在渗过淤泥的涓涓细流中移动。在分析了其沉积物样本中存在的DNA序列后，该团队确定了能够将硝酸盐代谢为亚硝酸盐的多种微生物物种。尽管这种铀动员的生物化学作用已经被认为是在高度污染的地区--铀矿、核废料处理的地方展开的，但新的研究是第一次确定同样的动员过程也发生在天然沉积物中。Weber在谈到硝酸盐和铀时说："当我们第一次得到这个项目的资助时，我们正在考虑这个问题，它是作为一种主要污染物导致二次污染。这项研究确认了这可能发生。"尽管如此，正如韦伯所说，"硝酸盐并不总是一件坏事"。她以前的研究和一些即将进行的研究都表明，只有当硝酸盐接近其自身的EPA阈值（百万分之十）时，才会调动铀。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1352471.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1352471.htm