Ученые из Израиля и США разработали метод эффективного извлечения уранил-ионов из однофазных или двухфазных жидких систем. Соответствующая статья была опубликована в Nature.
Пятьдесят лет назад ученые открыли карбораны — соединения бора, углерода и водорода, которые считались перспективным ракетным топливом. Однако, оказалось, что после их сжигания образуется слишком много осадка, поэтому возможность их использования в космической отрасли пропала. С тех пор исследователи нашли им множество применений — от биомедицины до наноразмерной техники.
Новая работа ученых открывает этим веществам путь к еще одной области применения — извлечению урана из содержащих его пород. Ключом к этой технологии является универсальность карборанов. В зависимости от своего состава эти структуры могут быть закрытыми или открытыми, что позволяет им захватывать различные атомы или молекулы. Также возможно контролировать окислительно-восстановительную активность этих соединений, придавая им свойства доноров или акцепторов электронов. Это позволяет осуществлять контролируемый захват и высвобождение ионов металлов.
Исследователи Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Университета Тель-Авива воспользовались этими свойствами карборанов, чтобы захватывать ионы уранила UO22+. Созданное учеными сложное соединение способно «вылавливать» уранил-ионы из раствора и забирать их с собой. Затем, отделяя карбораны от раствора, ученые могут добиться извлечения большей доли растворенных в воде урановых солей.
Но самое интересное — не сам процесс синтеза необходимого соединения, а механизм его работы. Исследователи научились «переключать» карборан из открытого состояния в закрытое, используя электрический ток. Эта технология оказалась достаточно недорогой и хорошо масштабируемой.
Авторы работы видят применение их технологии в процессах очистки вод и переработке отработавшего ядерного топлива. По словам ученых, использовать карбораны можно не только для извлечения урана. Их гибкая структура и настраиваемые параметры позволяют создать индивидуальные молекулы под размер каждого иона металла, что позволит селективно извлекать их из жидких сред.