Material promissor fornece um método simples e eficaz capaz de extrair urânio da água do mar

Uma equipa de investigação internacional liderada pela Austrália, incluindo um grupo central de cientistas da ANSTO, descobriu que a dopagem de um material promissor proporciona um método simples e eficaz capaz de extrair urânio da água do mar.

A investigação, publicada na revista Energy Advances e apresentada na capa, poderá ajudar a conceber novos materiais que sejam altamente seletivos para o urânio, eficientes e económicos.

O urânio é um mineral altamente valorizado, utilizado como fonte de combustível em reatores nucleares em todo o mundo.

“Há muito urânio nos oceanos, mais de mil vezes mais do que o que se encontra no solo, mas está muito diluído, pelo que é muito difícil de extrair. O principal desafio é que outras substâncias presentes na água do mar, o sal e os minerais, como o ferro e o cálcio, estão presentes em quantidades muito mais elevadas do que o urânio”, explicou a investigadora principal, Jessica Veliscek Carolan, que supervisionou o coautor, o estudante de honra Hayden Ou da UNSW, e o Dr. Nicolas Bedford da UNSW.

O primeiro autor Mohammed Zubair recebeu uma bolsa do Instituto Australiano de Ciência e Engenharia Nuclear (AINSE) para apoiar a sua investigação na ANSTO.

Segundo o estudo, os hidróxidos duplos em camadas, materiais que têm despertado interesse pela sua capacidade de remover metais, são bastante fáceis de fabricar e podem ser modificados para melhorar o seu funcionamento.

Como estas camadas têm cargas positivas e negativas, podem ser adaptadas para capturar substâncias específicas, como o urânio.

Foram testados dopantes de lantanídeos, neodímio, európio e térbio. A adição de neodímio aos hidróxidos duplos em camadas (LDH) melhorou a sua capacidade de capturar seletivamente urânio da água do mar, um processo altamente exigente em que os cientistas têm vindo a trabalhar há muito tempo.

Os materiais sintetizados foram caracterizados utilizando uma variedade de técnicas, incluindo microscopia eletrónica de transmissão de varrimento (STEM) e microscopia eletrónica de varrimento (SEM) nas instalações de microscopia da ANSTO por Daniel Oldfield e na UNSW por Yuwei Yang.

Quando o neodímio foi adicionado aos LDHs (MgAlNd), estes materiais escolheram o urânio em vez de dez outros elementos mais abundantes encontrados na água do mar real.

É importante salientar que as experiências foram efetuadas em condições semelhantes às da água do mar.

Uma descoberta crucial foi o facto de o dopante, o neodímio, alterar a forma como o urânio se liga aos LDHs.

A equipa de investigação utilizou também a espetroscopia de absorção de raios X (XAS) e a espetroscopia de raios X moles no sincrotrão australiano da ANSTO para clarificar o ambiente de coordenação octaédrica, o estado de oxidação e o mecanismo de adsorção, respetivamente. Foram assistidos pelos investigadores do Instrument, Jessica Hamilton e Lars Thomsen, co-autores do artigo.

Estudo mostrou forma de ajustar a capacidade de um material capturar urânio

As medições de raios X mostraram que, sob condições de água do mar, a remoção de urânio ocorreu através de um processo em que os átomos de urânio formaram complexos na superfície dos LDHs, substituindo os iões de nitrato nas camadas de LDH por aniões de carbonato de uranilo da água do mar.

Ao adicionar neodímio e outros elementos lantanídeos à estrutura do LDH, a ligação química entre os átomos metálicos e o oxigénio no LDH tornou-se mais iónica.

Esta ligação iónica melhorada tornou estes materiais muito melhores na ligação seletiva ao urânio através de interações iónicas na superfície.

Os autores salientam que o estudo demonstrou uma forma de ajustar a capacidade de um material capturar urânio, o que poderá levar à criação de novos materiais que sejam ainda melhores na separação do urânio de outras substâncias.

Os materiais não eram apenas úteis para retirar urânio da água do mar, mas também tinham potencial para limpar urânio de águas residuais radioativas perto de centrais nucleares.

“Há vantagens adicionais na medida em que estes materiais são simples e baratos de fabricar, o que os torna uma escolha rentável para a extração de urânio em grande escala”, concluiu Veliscek Carolan.