新型掺钕材料可帮助从海水中提取铀

新型掺钕材料可帮助从海水中提取铀随着地球开始缓慢远离碳基燃料来源，替代能源开始脱颖而出。虽然太阳能、风能和水力发电技术往往在这个领域抢尽风头，但核能仍然是一个强大的竞争者。事实上，2017年，它贡献了世界能源产量的约10%，2022年，8吉瓦的新增核电并入全球电网。核能发电的关键是铀，这种元素仅在少数国家的陆地上发现，随着核电站的激增，这些国家的地下供应将继续减少。然而，水下补给却并非如此。据估计，世界海洋中的元素含量约为45亿吨，而陆地上的元素含量仅为约600万吨。这足以在全球范围内产生数千年的电力。然而，回收所有铀已被证明很棘手，因为它在海水中的浓度极低。橡树岭国家实验室的科学家们在掺有偕胺肟化学基团的纤维上取得了早期成功，这种化学基团对铀有亲和力。斯坦福大学的研究人员后来给纤维通电，从而捕获了更多的放射性元素。最近，太平洋西北国家实验室能够用一种特殊类型的丙烯酸纱线从海水中提取出5克黄饼（一种铀粉末）。尽管如此，这些方法仍不足以以工业规模收获铀，而这对于世界各地的核电站来说是必需的。试图找到一种可以捕获铀而不捕获其他海基元素的材料一直是一个挑战。为了克服这些困难，澳大利亚核科学技术组织（ANSTO）、新南威尔士大学和其他同事的研究人员转向了层状双氢氧化物（LDH）。这些相对容易制造的材料由带正电和带负电的离子层组成。研究小组在这些LDH中掺杂了各种化学物质，包括钕、铽和铕，将它们浸泡在海水中，并使用X射线吸收光谱的强化成像分析结果。研究人员发现，当钕与LDH结合时，所得化合物能够从海水中捕获超过10种其他更丰富元素的铀。其中包括钠、钙、镁和钾，其含量大约是铀的400倍。研究人员表示，这种选择性以及生产掺杂LDH材料的低成本大大有助于从海水中大规模收获铀的可能性。研究人员在这项研究中写道：“这些发现表明，LDH的掺杂工程提供了一种简单、有效的方法来控制选择性并生产能够挑战分离（例如从海水中提取铀）的吸附剂。”该研究已作为封面故事发表在能源进展杂志。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1389579.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1389579.htm

简单的新技术将"永久化学品"PFAS转化为有价值的化合物

简单的新技术将"永久化学品"PFAS转化为有价值的化合物大阪都立大学研究生院理学研究科的MasatoOhashi教授和KenichiMichigami助理教授领导的研究小组成功地从全氟烷烃（一种全氟烷基和多氟烷基物质）中合成了名为氟装饰N-heterocycliccarbenes(NHCs)的配体。只需从1,2-二氟烯烃衍生物中移除两个氟原子，即可实现转化。资料来源：大阪都立大学KenichiMichigami本研究中开发的NHC在稳定不稳定分子以及提高与其配位的过渡金属复合物的性能方面发挥了重要作用。氟化NHC的合成过程非常简单，只需从1,2-二氟烯烃衍生物中去除两个氟原子即可。由于氟原子的尺寸较小，NHC配体的电子接受能力可以在不大幅改变其立体特性的情况下得到增强。Michigami博士解释说："我们的研究成果使有害的全氟辛烷磺酸（PFAS）很容易转化为功能性NHC。含氟NHC的广泛应用显示了其在氟化学、有机金属化学、催化化学和材料科学等各个领域的潜在优势。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1397573.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1397573.htm

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

一种简单的工艺解决了聚酯回收问题

一种简单的工艺解决了聚酯回收问题聚酯纤维在70年代的名声很坏，主要是因为它被用来制作一些可怕的"时装"。如今，在时尚得到改善的同时，我们也更加意识到聚酯纤维这种世界上使用量第二大的纺织品对环境造成的影响。这种织物有其优点：耐用、轻便、防潮、快干、易清洗。但缺点是，聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）和棉的混纺需要依赖化石燃料，并产生大量二氧化碳。而且，一旦你穿上它，大部分聚酯纤维不是被回收利用，而是被填埋在垃圾堆里，无法降解（至少在很长一段时间内无法降解）。现在，哥本哈根大学的研究人员可能已经找到了解决聚酯问题的办法，开发出了一种简单、绿色的产品回收方式。这项研究的主要作者杨扬说："纺织业迫切需要更好的解决方案来处理聚酯/棉等混纺面料。目前，能够同时回收棉花和塑料的实用方法很少--这通常是一种非此即彼的情况。然而，利用我们新发现的技术，我们可以将聚酯解聚成其单体，同时以数百克的规模回收棉花，这种方法非常直接且环保。"这种改变游戏规则的方法只需要三样东西：热量、无毒溶剂和哈氏盐，哈氏盐又称碳酸铵，是一种用于烘焙食品的产品。"例如，我们可以把一件涤纶连衣裙切成小块，然后放在一个容器里，"该研究的合著者ShriayaSharma说。"然后，加入一点温和的溶剂，之后再加入哈氏盐，很多人都知道哈氏盐是烘焙食品中的发酵剂。然后，我们将其加热到160°C[320°F]，并放置24小时。最后得到一种液体，塑料和棉纤维在其中沉淀成不同的层次。这是一种简单而经济有效的工艺。"解聚过程后留下的完整棉花哥本哈根大学加热时，碳酸氢铵会分解成氨、二氧化碳和水。当氨和二氧化碳结合在一起时，它们就像催化剂一样，引发选择性解聚反应，从而分解塑料，但保留棉花。虽然氨气本身有毒，但与二氧化碳结合后，对人类和环境都是安全的。在发现二氧化碳可用作分解尼龙的催化剂后，研究人员探索了添加哈氏盐的方法，结果令人惊喜。研究报告的共同作者CarloDiBernado说："起初，我们看到它在PET瓶子上就能发挥如此大的作用，感到非常兴奋。然后，当我们发现它对聚酯织物也有效时，我们简直欣喜若狂。这是无法形容的。它的操作如此简单，简直好得令人难以置信。"现阶段，研究人员只在实验室测试了他们的方法，但正在四处寻找公司采用这种方法，并将其可扩展性作为卖点。杨说："我们希望将这项蕴含巨大潜力的技术商业化。"把这些知识留在大学的围墙里是一种巨大的浪费。"这项研究发表在《美国化学学会可持续化学与工程》（ACSSustainableChemistry&Engineering）杂志上。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1375471.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1375471.htm

“储氨制氢”大突破 全新化合物可轻松来回转换 过程更安全简单

“储氨制氢”大突破全新化合物可轻松来回转换过程更安全简单这一发现已于近期发表在了《美国化学会杂志》上。据称，它不仅可以安全方便地储存氨，还可以储存它所携带的重要氢。为了使社会从碳基能源转变为氢基能源，我们需要一种安全的方式来储存和运输氢，氢本身是高度可燃的。一种方法是将其作为另一种分子的一部分储存起来，并在需要时提取出来。氨，化学式为NH3，是一个很好的氢载体，因为每个分子中都有三个氢原子，按重量计算，氨中几乎有20%是氢。然而，问题在于氨是一种腐蚀性很强的气体，很难储存和使用。目前，氨通常通过在远低于冰点的温度下液化来储存在耐压容器中。多孔化合物也可以在常温常压下储存氨，但储存容量较低，且氨不易回收。而最新研究报告了一种钙钛矿的发现，这是一种具有独特重复晶体结构的材料，可以很容易地储存氨，也可以在相对较低的温度下轻松完整地回收（恢复可用状态）。具体而言，该研究小组专注于钙钛矿乙基碘化铅铵（EAPbI3），化学式为CH3CH2NH3PbI3。他们发现它的一维柱状结构在室温和常压下会与氨发生化学反应，并动态转化为二维层状结构，称为氢氧化铅或Pb（OH）I。这一过程的结果是，氨通过化学转化储存在层状结构中。有鉴于此，EAPbI3可以安全地将腐蚀性氨气作为氮化合物储存，其过程比在压力容器中、-33°C下液化要便宜得多。更重要的是，回收储存氨的过程也同样简单。研究人员说，“令我们惊讶的是，储存在乙铵碘化铅中的氨只需稍稍加热就能很容易地提取出来。”他们进一步解释称，储存的氮化合物在50°C的真空条件下就会发生逆反应，并转化回氨。这个温度远低于从多孔化合物中提取氨所需的150°C或更高的温度。如此看来，EAPbI3是一种简单且经济高效的处理腐蚀性气体的极好介质。此外，钙钛矿恢复一维柱状结构后还可以重复使用，从而可以重复储存和提取氨。一个额外的好处是，通常为黄色的化合物在反应后变成白色。Kawamoto表示，“该化合物在储存氨时能够改变颜色，这意味着可以开发基于颜色的氨传感器来确定储存的氨量。”据称，这种新的存储方法有多种用途。在短期内，研究人员开发了一种安全的氨储存方法，该方法已经在社会上有多种用途，从肥料到药品再到纺织品。“从长远来看，我们希望这种简单而有效的方法能够成为通过使用氨作为无碳氢来实现脱碳的解决方案的一部分载体。”他们补充道。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1370713.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1370713.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