De toevoeging van zuurstofvacatures in WO3 leidt tot een significante verlaging van het reductiepotentieel voor U(VI) (0,36 en 0,96 V) vergeleken met WO3 (0,4 en 1,05 V) en WO2,92 (0,39 en 1,03 V). Dit suggereert dat zuurstofvacatures in het materiaal de fotokatalytische activiteit verbeteren door de fotoreductie van uraniumverbindingen efficiënter te maken. UV-vis spectroscopie in het bereik van 380–700 nm werd toegepast om de absorptie-eigenschappen van de materialen te onderzoeken (Figuur 6.16b). Het inbrengen van zuurstofvacatures in WO3 verbreedde de lichtabsorptie en breidde deze uit naar langere golflengtes, wat leidde tot een versterkte fotokatalytische respons. De fotokatalytische reductie van U(VI) werd vervolgens uitgevoerd door de invallende golflengte van gesimuleerd licht aan te passen met behulp van bandpassfilters. Zoals blijkt uit Figuur 6.16b (rechter y-as), vertoonde WO2,78 consequent hogere verwijderingssnelheden van U(VI) bij verschillende invallende golflengten in vergelijking met WO3 en WO2,92. Deze correlatie met de lichtabsorptie in het zichtbare spectrum toont aan dat zuurstofvacatures de lichtrespons van de fotokatalysator en de algehele fotokatalytische prestaties aanzienlijk verbeteren.

UPS-spectra werden gekarakteriseerd voor WO3, WO2,92 en WO2,78 na fotokatalytische reductie van U(VI) (Figuur 6.16c). In de UPS-spectra van WO2,92 en WO2,78 werd een nieuw piek waargenomen, dat werd toegeschreven aan de aanwezigheid van UO2. Deze bevinding bevestigt dat WO3 voornamelijk U(VI) adsorbeert, terwijl WO2,92 en WO2,78 de fotokatalytische reductie van U(VI) bevorderen. Scavenger-experimenten werden uitgevoerd om de specifieke reactieve zuurstofsoorten (ROS) die betrokken zijn bij de katalytische reactie te identificeren. Waterstofperoxide, benzoquinon, isopropanol en ammoniumoxalaat werden selectief gebruikt om respectievelijk ∙OH, ∙O2−, ∙OH en gaten (h+) te verwijderen. Zoals te zien is in Figuur 6.16d en Figuur 6.16e, remde de toevoeging van benzoquinon, isopropanol en ammoniumoxalaat de fotooxidatiereactie aanzienlijk. Het werd bepaald dat ∙O2−, ∙OH en h+ de primaire ROS zijn die betrokken zijn bij de fotokatalytische oxidatie van WO2,78. Bovendien bevestigden composiet-scavenger tests met combinaties van twee of drie scavengers de typen zuurstofradicalen die op WO2,78 aanwezig waren.

De fotokatalytische reactie kan als volgt worden beschreven: aanvankelijk cheleren talrijke hydroxyl- en carboxylgroepen op TA met uranylionen om TA-UO2+2 te vormen. Onder gesimuleerd zonlicht wordt WO2,78 geïnduceerd, wat elektronen in de geleidbaarheid (CB) en overeenkomstige gaten in de valentieband (VB) produceert. Fotogegenereerde elektronen reduceren TA-UO2+2 tot UO2 en TA, en reduceren opgelost O2 tot ∙O2−. Tegelijkertijd oxideren gaten watermoleculen tot ∙OH. Vervolgens oxideren ∙OH / ∙O2− TA tot CO2 en H2O en TA-UO2+2 tot UO2+2, CO2 en H2O. Uiteindelijk oxideren water en opgelost zuurstof verder UO2, wat uiteindelijk leidt tot de vorming van (UO2)O2∙2H2O. Deze reactie vermindert niet alleen U(VI), maar verwijdert ook volledig de doelanalyten (TAs).

Bij het doperen van TiO2 met ijzer (Fe) wordt het elektronisch bandstructuur van het materiaal gemodificeerd, waardoor de absorptie van zichtbaar licht toeneemt. IJzerdoping in TiO2 heeft bewezen een effectieve methode te zijn om de oppervlakte-eigenschappen van het materiaal te verbeteren. Wanneer ijzer wordt ingebracht in vacuümarijke titaniumdioxide (TiO2) nanosheets, zoals gedemonstreerd in de synthese van Fe-Ti1−xO2, wordt de fotokatalytische activiteit verbeterd doordat de elektron-hole recombinatie wordt verminderd. De toevoeging van ijzer vermindert de bandgap van TiO2, waardoor de fotokatalytische werking efficiënter wordt, vooral voor toepassingen zoals de reductie van U(VI). In de gedopte TiO2-monsters met 2% en 4% ijzerdoping werd een afname van de bandgap waargenomen van 3,12 eV voor puur TiO2 naar respectievelijk 2,92 eV en 2,77 eV voor de gedopte versies. Dit suggereert dat ijzerdoping het materiaal in staat stelt om een breder spectrum van zichtbaar licht te absorberen, wat de fotokatalytische prestaties aanzienlijk verbetert.

Verder werd met fotoluminescentie (PL) spectroscopie een afname van de PL-piekintensiteit waargenomen in de ijzerdopede samples, wat wijst op een lagere recombinatiesnelheid van elektron-gaten paren. Dit duidt erop dat ijzerdoping bijdraagt aan een verbeterde fotokatalytische efficiëntie door de levensduur van fotogegenereerde dragers te verlengen. Bovendien vertoonden de gedopte TiO2-materialen een verbeterde ladingdichtheid en een efficiëntere elektronenoverdracht, wat de vermindering van U(VI) vergemakkelijkt.

De fotokatalytische reactie van TiO2 met ijzerdoping kan als volgt worden samengevat: de toevoeging van ijzer en vacuümen in TiO2 verhoogt de lichtabsorptiecapaciteit en verbetert de fotokatalytische efficiëntie voor de reductie van U(VI), wat resulteert in een effectievere verwijdering van uraniumverbindingen uit het milieu.

Hoe werkt de reductie-extractie van uranium en wat zijn de belangrijke technologieën?

De reductie-extractie van uranium is een techniek die zich richt op het chemisch of catalytisch reduceren van uranium(VI) naar uranium(IV), waardoor onoplosbare neerslagen ontstaan die efficiënt kunnen worden verwijderd en hersteld. Dit proces biedt voordelen ten opzichte van traditionele methoden zoals adsorptie en ionenuitwisseling, die vaak kostenintensief zijn en gevoelig voor biologische besmetting of operationele omstandigheden. Reductie-extractie heeft niet alleen hogere efficiëntie en selectiviteit, maar is ook milieuvriendelijker, wat het tot een veelbelovende oplossing maakt voor de uraniumwinning.

Het fundamentele concept van de reductie-extractie van uranium omvat de chemische reductie van uranium(VI) tot uranium(IV) in een oplossing. Dit leidt tot de vorming van neerslagen die onoplosbaar zijn en dus gemakkelijk van de oplossing kunnen worden gescheiden door fysische methoden zoals filtratie of centrifugatie. Dit proces kan chemisch of katalytisch worden uitgevoerd. Bij chemische reductie wordt een chemisch reductiemiddel gebruikt, terwijl bij de katalytische reductie licht of elektrische stroom een rol speelt.

Een veelbelovende technologie binnen de reductie-extractie is het gebruik van nanometalen, zoals nano-ijzer (nZVI), vanwege hun uitzonderlijke fysisch-chemische eigenschappen. Nano-ijzer heeft een groot specifiek oppervlak en een unieke elektronische structuur die bijdragen aan de effectiviteit bij de behandeling van uraniumhoudend afvalwater. Het werkt voornamelijk door middel van reductie, adsorptie en co-neerslag. De functionele groepen op het oppervlak van nZVI kunnen uranium(VI) adsorberen, waarna het wordt gereduceerd naar uranium(IV) door elektronenoverdracht. Het gevormde uranium(IV) vormt neerslagen die vervolgens worden verwijderd uit de oplossing.

Fotochemische reductie is een andere veelbelovende methode die gebruik maakt van lichtenergie om uranium te reduceren. Hierbij worden fotokatalysatoren ingezet die in staat zijn om onder invloed van licht elektronen te genereren die uranium(VI) reduceren naar uranium(IV). Deze techniek is niet alleen efficiënt, maar ook milieuvriendelijk, wat het bijzonder geschikt maakt voor toepassingen in de nucleaire sector. Door de hoge selectiviteit en lage energiebehoefte biedt deze technologie aanzienlijke voordelen voor de verwerking van uraniumverbindingen.

Daarnaast wordt de elektrochemische reductie steeds belangrijker in de uraniumextractie. Hierbij wordt een elektrocatalysator gebruikt die direct reageert met uranium(VI), waarbij elektronenoverdracht plaatsvindt, wat leidt tot de reductie naar uranium(IV). Dit proces heeft het voordeel van een hoge efficiëntie en controleerbaarheid, wat het zeer geschikt maakt voor grootschalige industriële toepassingen.

Een ander belangrijk aspect van de reductie-extractie van uranium is de toepassing van deze technieken in de behandeling van nucleair afval en uraniumtailings, evenals in de zuivering van grondwater. Het gebruik van nZVI en fotochemische reductie kan bijdragen aan het verminderen van de milieuvervuiling die wordt veroorzaakt door uraniumafval en het efficiënt terugwinnen van uranium uit verschillende bronnen. Deze technologieën bieden niet alleen een oplossing voor de milieu-impact, maar kunnen ook helpen bij het herwinnen van waardevolle uraniumbronnen.

De stabiliteit en effectiviteit van nano-ijzer in complexe omgevingen blijft echter een uitdaging. Onderzoek richt zich op het verbeteren van de eigenschappen van nZVI door bijvoorbeeld de synthesemethoden te optimaliseren, het toevoegen van oppervlakte-actieve stoffen of het combineren met andere materialen om de weerstand tegen oxidatie en aggregatie te verbeteren. Dergelijke innovaties zijn essentieel om de technologie verder te verbeteren en te zorgen voor een bredere toepassing in de milieutechniek en nucleaire industrie.

De ontwikkeling van nieuwe reductie-extractiemethoden voor uranium biedt aanzienlijke voordelen, niet alleen voor de efficiëntie van de extractie zelf, maar ook voor de impact op het milieu. In vergelijking met traditionele methoden zijn de technologieën op basis van chemische en katalytische reductie veelbelovend, zowel op het gebied van effectiviteit als duurzaamheid. De focus ligt op het ontwikkelen van processen die zowel economisch haalbaar als milieuvriendelijk zijn, wat essentieel is voor de toekomst van uraniumextractie.

Hoe werkt fotokatalytische uraniumreductie-extractie in een tributylfosfaat-kerosinesysteem?

De fotokatalytische reductie van uranium is een veelbelovende technologie voor het extraheren van uranium uit zeewater en andere milieukundige toepassingen, zoals het verwijderen van uranium uit afvalwater. Dit proces speelt een cruciale rol in het milieu en de energieproductie, vooral gezien de stijgende vraag naar uranium voor kernenergie en de groeiende bezorgdheid over het milieu. Het gebruik van fotokatalyse voor uraniumextractie biedt voordelen in vergelijking met conventionele technieken, zoals het gebruik van ionenwisselaars of chemische reductie, doordat het energiezuiniger en milieuvriendelijker is. Het fundament van deze technologie ligt in het gebruik van fotokatalytische materialen die reageren op licht om uraniumionen te reduceren naar minder schadelijke verbindingen, zoals uranium(IV).

Een van de veelbelovende systemen voor deze toepassingen is het gebruik van een tributylfosfaat-kerosinesysteem (TBP/kerosine). Dit systeem maakt gebruik van tributylfosfaat (TBP) als extractant voor uranium in combinatie met kerosine als oplosmiddel. TBP is een krachtig complexerend middel dat goed in staat is om uranium(IV) en uranium(VI) uit waterige oplossingen te extraheren. Wanneer fotokatalytische materialen, zoals titaniumdioxide (TiO2) of andere halfgeleiders, worden toegevoegd aan dit systeem, kan de energie van licht worden gebruikt om uranium te reduceren en uit het water te extraheren.

Het proces werkt door de fotokatalytische materialensynthese die onder invloed van licht actieve zuurstofspecies genereert, zoals hydroxylradicalen. Deze reactieve species kunnen de uraniumionen reduceren van de oxidaatstatus (VI) naar een lagere status (IV), waardoor het uranium in een minder oplosbare en meer gestabiliseerde vorm terechtkomt. Dit vermindert niet alleen de toxiciteit van uranium, maar maakt het ook mogelijk om het uranium efficiënt te extraheren en op te slaan.

In de context van industriële toepassingen kan het gebruik van dergelijke fotokatalytische systemen echter aanzienlijke schaalproblemen met zich meebrengen. Het is daarom belangrijk om de efficiëntie van het fotokatalytische proces te verbeteren en de kosten van de benodigde materialen en energie te verlagen. Er wordt veel onderzoek gedaan naar de optimalisatie van fotokatalytische materialen, waarbij nanomaterialen zoals grafene oxide en molybdeensulfide worden onderzocht om de reactie-efficiëntie en stabiliteit van het proces te verbeteren.

Naast fotokatalytische systemen moeten we ook andere potentiële uitdagingen bij uraniumextractie erkennen. De milieueffecten van de gebruikte chemicaliën en de noodzaak voor een robuust recyclingsysteem om het gebruikte materiaal te regenereren, spelen een grote rol in het succes van deze technologie. Daarnaast is er aandacht nodig voor de kosten van het opzetten van deze systemen, evenals de technische schaalbaarheid voor gebruik in industriële omgevingen, zoals kernenergiecentrales of grootschalige afvalwaterbehandelingsfaciliteiten.

Naast de technische aspecten moet men ook rekening houden met de wet- en regelgeving rondom het extraheren van uranium, vooral in het licht van de veiligheidsrisico's die gepaard gaan met radioactieve stoffen. Effectieve monitoring en controlemechanismen zijn essentieel om ervoor te zorgen dat het proces geen schadelijke gevolgen heeft voor het milieu of de volksgezondheid.

Belangrijk is ook de synergistische rol van nieuwe katalysatoren die de efficiëntie van fotokatalytische reductie kunnen versterken. Het combineren van verschillende fotokatalytische materialen of het verbeteren van de eigenschappen van bestaande katalysatoren kan het rendement van uraniumextractie significant verhogen. De integratie van dergelijke systemen in industriële processen zal de snelheid van uraniumverwijdering verbeteren en tegelijkertijd de benodigde lichtenergie minimaliseren.

Er is een groeiende interesse in de toepassingen van fotokatalyse in de context van milieukwesties, van uraniumextractie tot waterbehandeling en de verwijdering van verontreinigende stoffen. De vooruitgang in het ontwerp van nieuwe fotokatalytische materialen biedt veelbelovende mogelijkheden om deze processen op industriële schaal toe te passen.

Hoe de Combinatie van U(VI)-Bindingssites en Wateroxidatiesites de Zuivering van Uraniumbevattend Afvalwater Versnelt

In de behandeling van uraniumbevattend afvalwater is de efficiëntie van de gekozen fotokatalysator van cruciaal belang, vooral in omgevingen die rijk zijn aan fluoride. In zulke omgevingen kunnen fotokatalysatoren lijden onder passivatie-effecten door fluoride-ionen, wat de noodzaak oproept voor oppervlaktetransformaties of doping van de katalysatoren om hun stabiliteit en activiteit te verbeteren. Al met al toont fotokatalytische technologie een aanzienlijke potentie voor de behandeling van afvalwater dat zowel fluoride als uranium bevat, en biedt het veelbelovende vooruitzichten voor praktische toepassingen.

De uraniumverbindingen die aanwezig zijn in kernenergie-afvalwater vertonen een hoge toxiciteit en radioactiviteit, wat het verwijderen ervan essentieel maakt voor de bescherming van het milieu. Een van de effectieve methoden voor het verwijderen van U(VI) uit afvalwater is de reductie van U(VI) naar U(IV), gebaseerd op de oplosbaarheidverschillen tussen uranium in verschillende oxidatietoestanden. Vergeleken met andere reductiemethoden heeft fotokatalytische reductie van U(VI) veel aandacht getrokken vanwege de eenvoud, efficiëntie en milieuvriendelijkheid. In het proces van fotokatalytische reductie wordt opgelost U(VI) geadsorbeerd door de fotokatalysator en vervolgens gereduceerd door fotogegenereerde elektronen.

Echter, traditionele halfgeleiders missen vaak specifieke bindingssites voor U(VI), wat hun fotokatalytische prestaties bij het verwijderen van U(VI) beperkt. Het creëren van adsorptieplaatsen op de fotokatalysator of het koppelen van de katalysator met adsorbentia kan de katalytische activiteit aanzienlijk verbeteren. Bijvoorbeeld, ge-carboxyleerd g-C3N4, waarbij de carboxylgroepen fungeren als U(VI)-bindingsplaatsen, heeft een verwijderingsefficiëntie van U(VI) van ongeveer 95% bereikt binnen 10 minuten met methanol als offermiddel. In dit verband is het combineren van U(VI)-bindingsplaatsen met wateroxidatiesites een veelbelovende benadering voor het versterken van fotokatalytische reductie zonder het gebruik van offermiddelen. Dit maakt het proces efficiënter en vermindert de secundaire milieubelasting door de eliminatie van extra chemische toevoegingen.

Metal-organische raamwerken (MOF's), die bestaan uit organische schakelaars en metalen knooppunten, hebben veel belangstelling gewekt vanwege hun unieke eigenschappen. Sommige MOF's vertonen halfgeleidende eigenschappen door elektronoverdracht tussen de organische liganden en de metalen knooppunten. Onder de halfgeleiders, is Zr6O4(OH)4(CO2)12 (UiO-66) veelbelovend als fotokatalysator vanwege zijn hoge oppervlakte en stabiele fysisch-chemische eigenschappen. Het optimaliseren van de organische liganden van UiO-66 kan de foto-elektrochemische prestaties en de adsorptiecapaciteit van U(VI) aanzienlijk verbeteren. Bijvoorbeeld, aminogemodificeerd UiO-66 (NH2-UiO-66), waarbij de −NH2-groep fungeert als U(VI)-bindingsplaats, vertoont een U(VI)-adsorptiecapaciteit van 384,6 mg/g, aanzienlijk hoger dan dat van UiO-66.

Verder heeft NH2-UiO-66 een betere zichtbare lichtabsorptie dan UiO-66, waardoor het sterker reageert op licht, wat de fotokatalytische afbraak van Rhodamine B effectief maakt. De ontwikkeling van wateroxidatiesites op NH2-UiO-66 biedt een potentiële route voor fotokatalytische reductie van U(VI) zonder de noodzaak van offermiddelen. Heden zijn de strategieën voor het creëren van wateroxidatiesites onder andere het laden van cocatalysatoren, doping en vacuümengineering. Een kosteneffectieve en gemakkelijke methode is het laden van cocatalysatoren voor wateroxidatie op de fotokatalysatoren. Verschillende studies hebben het gebruik van cocatalysatoren zoals MnOx, CoOx en NiOx gerapporteerd, die gaten vangen en actieve sites bieden voor wateroxidatie.

In dit onderzoek werd MnOx/NH2-UiO-66 succesvol gesynthetiseerd door wateroxidatie-cocatalysatoren op NH2-UiO-66 te laden, wat een efficiënte fotokatalytische reductie van U(VI) zonder de noodzaak voor offermiddelen opleverde. Het MnOx/NH2-UiO-66-composiet bereikte een U(VI)-verwijderings efficiëntie van 97,8% na twee uur behandeling zonder offermiddel. Dit systeem handhaafde een uitstekende verwijderingscapaciteit over meerdere cycli, bij verschillende pH-waarden en in de aanwezigheid van verschillende medegecokationen.

In MnOx/NH2-UiO-66 fungeren de amino-groepen als U(VI)-bindingsplaatsen, waardoor het reductiepotentieel van U(VI) wordt verlaagd. Bovendien vangen de MnOx-nanodeeltjes in MnOx/NH2-UiO-66 effectief de fotogegenereerde gaten en bieden ze actieve sites voor wateroxidatie. De combinatie van U(VI)-bindingsplaatsen en wateroxidatiesites bevordert de verbeterde fotokatalytische reductie van U(VI) door MnOx/NH2-UiO-66.

De structuur en de kristalliniteit van NH2-UiO-66 werden goed bewaard in het MnOx/NH2-UiO-66-composiet, zoals aangetoond door transmissie-elektronenmicroscopie (TEM) en energie-dispersieve röntgenspectroscopie (EDS). De X-ray diffractiemeting (XRD) en de FT-IR spectroscopie bevestigden de stabiliteit en de aanwezigheid van functionele groepen zoals amino- en hydroxylgroepen die betrokken zijn bij de interacties tussen MnOx en NH2-UiO-66. Door de succesvolle fysische menging van MnOx met NH2-UiO-66 is er een effectief systeem gecreëerd voor de fotokatalytische reductie van U(VI), wat potentieel heeft voor toekomstig gebruik in de behandeling van uranium- en fluoridebevattend afvalwater.

Welke factoren beïnvloeden de efficiëntie van uraniumextractie door reductie?

Tijdens het reductieproces genereren fotokatalysatoren elektron-gatparen onder lichtverlichting; de elektronen reduceren U(VI) naar U(IV) in de oplossing, terwijl de gaten doorgaans reageren met water om zuurstof te produceren. Deze technologie is niet alleen effectief voor het extraheren van uranium uit uraniumhoudend afvalwater, maar kan ook worden toegepast voor de winning van uranium uit zeewater. Onderzoekers hebben verschillende fotokatalysatoren ontwikkeld, waaronder metaals-organische raamwerken (MOF's), covalente organische raamwerken (COF's) en halfgeleider-materialen, en hun prestaties verbeterd door modificaties. Ondanks deze vooruitgangen blijven er uitdagingen in het verbeteren van de efficiëntie van fotokatalysatoren, het verlagen van de kosten en het verbeteren van hun stabiliteit. Toekomstig onderzoek kan zich richten op de ontwikkeling van nieuwe fotokatalysatoren, een dieper begrip van de fotokatalytische mechanismen en de bevordering van de praktische toepassing van deze technologie in uraniumextractie en afvalwaterbehandeling.

Elektrochemische uraniumreductie-technologie is langzaam een belangrijke techniek aan het worden in de nucleaire energie-industrie, waarbij typisch U(VI) naar U(IV) wordt gereduceerd. Het mechanisme van dit proces omvat de adsorptie van U(VI) op het oppervlak van elektrode-materialen, de overdracht van elektronen en daaropvolgende precipitatie. Dit proces kan worden bereikt door direct een elektrische stroom toe te passen of door gebruik te maken van de elektrochemische activiteit van de elektrode-materialen. Het wordt voornamelijk toegepast bij de behandeling van nucleair industrieel afvalwater en de extractie van uranium uit zeewater. De verbetering van selectiviteit, het verbeteren van energie-efficiëntie en het waarborgen van de stabiliteit van elektrode-materialen blijven echter aanzienlijke uitdagingen. Onderzoekers werken aan het ontwikkelen van efficiëntere elektrode-materialen, het verkrijgen van een dieper begrip van de uraniumreductiemechanismen en het bevorderen van de schaalvergroting van de technologie voor een duurzame benutting van uraniumbronnen. Bovendien hebben de uranium-gebaseerde materialen die na elektrochemische reductie worden verkregen, veel potentieel voor toepassingen in verschillende katalytische reacties vanwege hun flexibele elektronenoverdrachtcapaciteit en uitstekende selectiviteit. Deze materialen vertonen ook veelbelovende vooruitzichten in andere elektrochemische velden.

Tijdens de uraniumextractie komt uranium voornamelijk voor in de vorm van uranium U(VI), meestal als uranyl (UO₂²⁺) of zijn complexen. Deze soorten kunnen worden getransformeerd door interacties met stoffen in zeewater, uraniummijn-afvalwater en nucleair afvalwater onder specifieke chemische omstandigheden. Het reductieve extractieproces van uranium gaat doorgaans gepaard met de adsorptie van vrij uranyl en zijn verbindingen op het oppervlak van de katalysator en hun reductie door de elektronen die door de katalysator worden geleverd. De gereduceerde soorten ondergaan kristallisatie- en kristaltransformatieprocessen, die gepaard gaan met de reductie van U(VI) naar U(V) en U(IV) en de disproportie van U(V) naar U(IV). De sleutel tot het bepalen van de efficiëntie van de U(VI)-reductie ligt in de sterkte van de adsorptie van uranyl en zijn verbindingen op het oppervlak van het materiaal en het vermogen van het materiaal om U(VI) te reduceren.

De adsorptie en coördinatie van UO₂²⁺ en zijn complexen op de oppervlakken van materialen kan de extractie-efficiëntie en capaciteit van uranium aanzienlijk verbeteren. Materialen met goede adsorptie- en coördinatiecapaciteiten kunnen efficiënt stabiele complexen vormen met UO₂²⁺, zelfs in omgevingen die verschillende storende ionen bevatten, wat leidt tot efficiënte immobilisatie van uranium. De adsorptie-eigenschappen van dergelijke materialen beïnvloeden direct de snelheid en capaciteit van uranyladsorptie. De adsorptie- en coördinatiecapaciteiten van de materialen voor uranyl en zijn complexen kunnen verder worden verbeterd door de fysisch-chemische eigenschappen van de materialen nauwkeurig te moduleren, zoals het aanpassen van de poriegrootte, porositeit en de chemische samenstelling van het oppervlak van de materialen. Door bijvoorbeeld specifieke organische of anorganische functionele groepen in te voeren, kunnen de specifieke interacties tussen de materialen en uranyl worden verhoogd, waardoor de selectiviteit van de adsorptie verbetert. Daarnaast kan het bouwen van nanomaterialen met specifieke morfologieën of afmetingen, zoals nanodraden, nanoschalen of nanotbuizen, ook de adsorptie-eigenschappen van de materialen verbeteren door meer actieve sites te bieden. Deze nanostructuren vergroten niet alleen de specifieke oppervlakte van de materialen, maar kunnen ook de adsorptiekinetiek verbeteren door oppervlakteffecten en kwantumgrootte-effecten. Kortom, de uitstekende oppervlakte-adsorptie- en coördinatiecapaciteiten van materialen voor UO₂²⁺ en zijn verbindingen zijn cruciaal voor efficiënte en selectieve adsorptie en immobilisatie van uranium onder complexe omgevingsomstandigheden.

Het reductievermogen van materialen bepaalt hun effectiviteit en selectiviteit bij het extraheren van uranium uit complexe omgevingen. Materialen met een goede capaciteit om uranyl UO₂²⁺ en zijn complexen te reduceren, kunnen U(VI) efficiënt reduceren naar U(IV), zelfs in de aanwezigheid van een groot aantal storende ionen, waardoor een hoge uraniumextractie-efficiëntie wordt bereikt. Bovendien beïnvloedt de reductieprestatie van materialen direct de kinetiek van de reactie. Sommige materialen kunnen door het verbeteren van de scheiding en overdracht van ladingen de snelheid van de U(VI)-reductie aanzienlijk versnellen, waardoor het totale uraniumextractietempo wordt verhoogd. Door de structuur en eigenschappen van materialen rationeel te ontwerpen, zoals het introduceren van specifieke functionele groepen (bijvoorbeeld amidoximes, fosfaten), het bouwen van heterojuncties of andere vormen van halfgeleiderstructuren, en het gebruik van defect-sites, kan het reductievermogen van materialen voor uranyl en zijn complexen aanzienlijk worden verbeterd. De integratie van deze kenmerken verhoogt niet alleen het vermogen van het materiaal om uranyl vast te leggen en te reduceren, maar zorgt er ook voor dat het proces zeer selectief is, zelfs in de aanwezigheid van concurrerende ionen. Samenvattend is de selectieve reductiecapaciteit van materialen cruciaal voor de effectieve en selectieve extractie van uranium in complexe omgevingsomstandigheden. Door de materiaaleigenschappen en -structuren te optimaliseren, is het mogelijk om een hogere efficiëntie en selectiviteit te bereiken bij de reductieve extractie van uranium, waardoor deze materialen veelbelovende kandidaten zijn voor praktische toepassingen in uraniumherwinning en afvalwaterbehandeling.

De uraniumreserves in zeewater overtreffen die op land met een geschat totaal van ongeveer 4,5 miljard ton. De ontwikkeling van uraniumextractietechnologie uit zeewater heeft niet alleen het potentieel om de afhankelijkheid van eindige uraniumreserves op land te verminderen, maar draagt ook bij aan het waarborgen van een stabiele levering van nucleaire energiebronnen. Bovendien, met de opkomst van nieuwe materialen en innovatieve methoden, wordt de extractie van uranium uit echte mariene omgevingen geleidelijk een haalbare optie. De vooruitgang van deze technologie staat echter voor verschillende belangrijke uitdagingen. Ten eerste is de concentratie van uranium in zeewater laag, ongeveer 3,3 deeltjes per miljard (ppb), wat de ontwikkeling van adsorberende materialen vereist die een uitzonderlijk hoge selectiviteit en adsorptiecapaciteit voor uranylionen en hun complexen hebben. Daarnaast brengt de complexiteit van de mariene omgeving, inclusief de aanwezigheid van verschillende verontreinigende stoffen en ionen, extra uitdagingen met zich mee voor de efficiëntie van de extractieprocessen.

Wat is de fysieke realiteit van informatie?
Hoe werkt het product van twee-vormen en hun rol in de tensoranalyse?
Hoe beïnvloedt de kromming van de ruimte-tijd onze waarnemingen van de planeet Venus?
Hoe Herken je een Dino in het Wild?
Wat maakt populisme een krachtig politiek verhaal?