Elektricky nabitá grafenová pěna vytahuje z vody uran jako magnet  
Tým Massachusettského technologického institutu vyvinul nový postup pro odstranění uranu z pitné vody. Tato levná a praktická metoda využívá pěnu z oxidu grafenu, která při průchodu elektrického proudu buď váže, nebo naopak odpuzuje ionty uranu. Stejný postup by bylo možné uplatnit i pro další těžké kovy ve vodě.
Filtrování uranu grafenovou pěnou. Kredit: Ju Li / MIT.
Filtrování uranu grafenovou pěnou. Kredit: Ju Li / MIT.

Grafen se opět překonal. Badatelé MIT vymysleli pro tento pozoruhodný materiál nové praktické využití, tentokrát v souvislosti s úpravou pitné vody. Vyvinuli opakovaně použitelný filtr z pěny oxidu grafenu, který funguje jako magnet na uran. Tento filtr dokáže účinně vytáhnout uran z pitné vody.

 

Uran se může dostat do pitné vody prosakováním z hornin, v nichž se přirozeně vyskytuje anebo z radioaktivního odpadu při těžbě uranu či při provozu jaderných zařízení. Jakmile k tomu dojde, tak může uran už v malých množstvích ohrožovat lidské zdraví. To je příležitost pro zajímavé technologie, jako je třeba grafenová pěna.

Ju Li. Kredit: MIT.
Ju Li. Kredit: MIT.

 

Pěna z oxidu grafenu funguje výtečně a odstraní uran z vody během pár hodin, takže se stane pitnou. Ještě lepší je, že je možné tento filtr po aplikaci vyčistit a pak ho opakovaně používat znovu, aniž by ztratil účinnost. Grafenová pěna pracuje tak, že do ní nejprve vstoupí elektrický proud. V důsledku toho dojde k rozkladu okolních molekul vody a uvolnění vodíku, čímž lokálně vzroste pH. Uvedené změny způsobí, že jsou k povrchu grafenové pěny přitahovány ionty uranu. Badatelé rovněž zjistili, že při těchto pochodech uran krystalizuje do doposud neznámé formy hydroxidu uranu.

Logo. Kredit: MIT.
Logo. Kredit: MIT.

 

Grafenová pěna pojme úctyhodné množství uranu. Když přece jen dojde k naplnění její kapacity, tak je možné uran snadno odstranit. Stačí aplikovat opačný elektrický náboj a uran se uvolní. Pěnu je pak možné použít znovu, a to opakovaně. Z provedených experimentů vyplývá, že pěnu je možné použít minimálně sedmkrát po sobě, aniž by ztratila svou účinnost ve filtrování uranu z vody. Jak uvádí vedoucí výzkumu Ju Li, jejich grafenová pěna může polapit uran, jehož celková hmotnost čtyřnásobně přesahuje hmotnost grafenové pěny.

 

Podle badatelského týmu je tato metoda levná a lze ji použít v různých fázích čištění vody. Filtry z grafenové pěny by se rovněž mohly uplatnit i pro další těžké kovy, které závažným způsobem znečišťují vodu, jako je olovo, rtuť nebo kadmium.

 

Literatura

MIT 4. 8. 2021.

Advanced Materials online 4. 8. 2021.

Datum: 07.08.2021
Tisk článku

Související články:

Porézní 3D grafen je velmi lehký a přitom desetkrát pevnější než ocel     Autor: Stanislav Mihulka (10.01.2017)
Grafenové nanosíto udělá z mořské vody pitnou     Autor: Stanislav Mihulka (04.04.2017)
Přes filtr z pozoruhodného grafairu můžete vypít vodu z přístavu v Sydney     Autor: Stanislav Mihulka (20.02.2018)



Diskuze:

Z dálky přes Velkou Louži to podle seznamu autorů vypadá, že MIT již patří PRC

Josef Hrncirik,2021-08-13 08:11:01

Nasvědčuje tomu i prohlášení MIT 4.8.21 (odkaz v Osel) kde na konci 2.s píší:
"... the U.S. Geological Service and the Environmental Protection Agency (EPA) has revealed unhealthy levels of uranium moving into reservoirs and aquifers from natural rock sources in the northeastern United States, from ponds and pits storing old nuclear weapons and fuel in places like Hanford, Washington, and from mining activities located in many western states" ...

Odpovědět

Žlutý koláč medový : (di)amonium diuranate(DIAMO)

Josef Hrncirik,2021-08-10 11:40:24

Nákladnější hlubinná těžba se vyplatí pouze při vyšším obsahu U. U se z rozemleté rudy loužil. Uranová ruda se v Mydlovarech ani v jejich okolí nikdy netěžila, byla přivážena nákladními vlaky z různých dolů Československa i ze zemí bývalé RVHP. Rudy s vyšším obsahem uhličitanů (původem z dolů v Rožné nebo Příbrami) byly louženy hydrogenuhličitanem sodným (alkalická linka), rudy se sníženým obsahem karbonátů (Zadní Chodov) kyselinou sírovou (kyselá linka). Po zahájení těžby na ložisku u obcí Hamr na Jezeře a Stráž pod Ralskem v severních Čechách se kyselá linka ještě dělila na normální a „tvrdou“, kde loužení probíhalo za vysokých koncentrací kyseliny (560 g 94% kyseliny sírové na 1 litr louženého materiálu). Když došli třídní nepřátelé nutní pro hlubinnou těžbu, byla zahájena chemická těžba přímým loužením ve Vartenbergu (dočasně tzv. Stráž pod Ralskem).
Obecně je považována i za šetrnější k životnímu prostředí, než tradiční povrchová a hlubinná těžba.

Metoda In-situ spočívá v napumpování vody spolu s rozpuštěným oxidačním činidlem, například ve formě plynného kyslíku do země. Některé způsoby zahrnují i uhličitanovou fázi, kdy se do roztoku přidává ještě hydrouhličitan sodný (jedlá soda) pro lepší uvolňování uranu. Ideální pH roztoku je mezi 6,5-7,0 (blízko pH neutrální). Roztok způsobuje oxidaci uranu obsaženého v porézních pískovcích a jeho uvolňování do roztoku. Oxidační roztok se napumpuje do uranového ložiska a uvolňuje uran obsažený v hornině. Nedaleko prvního vrtu je vytvořen druhý hnací vrt, kterým se do těžené oblasti tlačí oxidační roztok, který pomáhá „vyhánět“ uran na povrch. Celý vrt je monitorován, aby se minimalizovaly možnosti úniku roztoku mimo vrt. Vyčerpaný roztok je pomocí filtrů (asi míněno iontoměničů spíše než redukcí na smolinec (uranit) zbaven uranu a následuje regenerace (asi roztoku, nikoliv iontoměniče) pomocí oxidantů a uhličitanů. Přečištěný roztok je opět hnán do vyhloubeného vrtu a celý proces se opakuje. Po vytěžení uranu na ekonomicky přijatelnou úroveň (přibližně 0,1 % ?? 1 g U/l loužícího roztoku (that is economy stupids!) musí být celý vrt dle platných norem vyčištěn a ošetřen, aby nedošlo k zasažení podzemních vod. No a pak DIAMO (diuranan amonný) snadno připraví žlutý koláč (analogie dvojchromanu amonného). Existují však země jako Austrálie nebo Kazachstán, kde i přes použití kyseliny sírové jako rozpouštědla, místní legislativa následnou sanaci půdy nenařizuje. Pochopitelně jsou těžaři uranu v těchto zemích finančně zvýhodněni oproti konkurenci, neboť samotná sanace tvoří značnou část nákladů na těžbu. V USA se nejčastěji používají alkalické roztoky, v Austrálii roztoky na bázi kyseliny sírové, či peroxidu.
Výhody


Malý zásah do krajiny

Velmi malá produkce odpadní horniny (hlušiny)

Levné uvedení do provozu

Nižší sanační náklady než u klasických metod

Nižší radiační dávky pracovníků

Potřeba menšího množství zaměstnanců, zato lépe vyškolených třídních přátel

Nevýhody


Možnost lokální kontaminace podzemních vod

Nedůvěra veřejnosti

České specifikum po omezení důlní těžební činnosti – hydrometalurgická těžba.
Exploatace ložiska Hamr na Jezeře a Stráž pod Ralskem
Hydrochemická těžba uranu metodou podzemního vyluhování
V souvrství kontinentálních a mořských sedimentů severočeské křídy v oblasti Ralska
tvoří uranové zrudnění několik ložiskových poloh, které jsou vrstevnatého, deskovitého,
čočkovitého a podkovovitého tvaru s „prstovitým“ ukončením v místech jejich vyklínění.
Polohy dosahují mocnosti do 15 m a vystupují v hloubkovém intervalu 150 – 300 m. V
některých místech je jich uloženo i několik nad sebou. Hlavní uranová ložiska se nacházejí v
blízkosti Hamru na Jezeře a Stráže pod Ralskem. Odhady potenciálu celé oblasti
předpokládají 200 000 tun uranu, jeho část je ovšem vázána na hlubší zakleslé bloky. Ložisko
Hamr tvoří centrální část strážského bloku. Bylo nalezeno roku 1962 a otevřeno jámou č. 14 v
roce 1965 a těžba zahájena roku 1971. Pro dobývání byly postupně stanoveny prostory Hamr
I, II a III. Uranové zásoby byly exploatovány klasickou hlubinou těžbou. Bylo vyraženo 6,9
km komínů, 42,2 km překopů, 25,5 km chodeb a 175 616 m3
komor.
Zásoby uranové rudy v prostoru dolu Hamr II však již byly těženy metodou
podzemního vyluhování vrty z povrchu, těžba tímto způsobem byla ukončena roku 1991.
Těžba hlubinným způsobem byla ukončena v roce 1995. Vytěženo bylo celkem 13 263,8 tun
uranu. Ložisko Stráž nalezené roku 1967 bylo od roku 1971 těženo metodou podzemního
vyluhování vrty z povrchu. Celkem bylo odvrtáno 2 210 průzkumných vrtů o celkové metráži
483 000 m a 7 684 těžebních vrtů. Z ložiska Stráž bylo vytěženo 14 674,1 tun uranu. K
zastavení chemické těžby na ložisku Stráž došlo v roce 1996.
Hydrometalurgickým procesem byla především zpracovávána uranová ložiska ve
Stráži pod Ralskem. Ložiska byla nejprve z povrchu otevřena sítí technologických vrtů. Do
nich byl vháněn systémem vtláčecích vrtů loužící roztok, který prostupoval horninovým
prostředím, přičemž loužil složky uranového zrudnění. Uranem obohacený roztok byl
dopravován systémem těžebních vrtů na povrch a zpracováván v chemické stanici, kde byly
užitkové složky separovány a postupně upravovány do finálního produktu. První koncentrát
uranu byl ve Stráži pod Ralskem vyroben v prosinci 1967. Rychlý rozvoj chemické těžby u
nás nastal po roce 1971, kdy nahrazoval úbytky těžby v tradičních revírech. Postupně byly
prováděny změny v systému a konstrukci vrtů. Vtláčecí vrty byly vybaveny dvojitou
ochranou železnou pažnicí, štíhlé těžební vrty byly nahrazeny širokoprofilovými. Do
ukončení prací ve strážské oblasti roku 1996 bylo zprovozněno 42 vyluhovacích polí o
celkové rozloze přes 650 ha. Celkem bylo provedeno 9 800 geologicko - průzkumných,
hydrogeologických a technologických vrtů. Podzemním loužením bylo spotřebováno kolem
4,8 miliónu tun kyseliny sírové, 320 000 tun kyseliny dusičné, 11 000 tun amoniaku, 36 000
tun kyseliny fluorovodíkové a 1 000 tun kyseliny chlorovodíkové. Touto metodou bylo v
dobývacích prostorách Hamr a Stráž získáno 15 861 tun uranu.
Výluh z vyluhovacích polí byl soustředěn do zásobních nádrží na jednotlivých
chemických stanicích. Odtud byl čerpán do sorpčních kolon, kde procházel vrstvou ionexu, na
němž se uran zachycoval. Ionex nasycený uranem byl pak podroben řadě procesů s použitím
kyseliny dusičné a kapalného amoniaku. Výsledkem byl diuranát amonný, který byl filtrován
a usušen. Komplexní hydrometalurgický proces je dosud provozuschopný.

Odpovědět

Oxid grafenu?

Pavel Šimon9,2021-08-09 17:15:11

Prosím čo je to oxid grafenu? A ešte na to pena z oxidu grafenu?
Oxid hádam môže byť iba s prvkom, nie s tvarom...
Grafen je jedno atómová vrstva a ako sa teda urobí z neho pena?
Asi sa autor prekladu niekde v ňom stratil...

Odpovědět


Re: Oxid grafenu?

Josef Hrncirik,2021-08-10 07:38:50

Je to zcela normální neoliberální bordel.
Nejde o oxid grafenu, ale o cca na 1um mletý grafit, který byl povrchově oxidován takřka několikahodinovým varem v v koncentrované kyselině sírové přídavkem manganistanu draselného.
Pokud to není prováděno pomalu, s intenzivním mícháním, může to vybuchnout.
Vemte 1g prášku KMnO4, nasaďte si proticovidový štít a promíchejte dlouhou skleněnou tyčinkou se 2 ml kocentrované kyseliny sírové (v EU se nedá koupit). Jakmile se na povrchu objeví jakoby mastná oka z nichž vystupují fialové páry Mn2O7 (skutečně nefalšovaný oxid manganistý), dotkněte se směsi velmi dlouhou špejlí. Objeví se oheň, směs vybuchne za vzniku hnědočerných sazí burelu (opět pravý oxid) a rozprsklé kapky směsi Vám propálí a zapálí oděv. Vzduch bude cítit po ozonu či oxidu manganistém (v jedovatosti a výbušnosti není velký rozdíl, ozon je však modrý).
Pokud se Vám podaří takto připravit "oxid grafenu", není divu, že bude dražší než Au.
Pěna Vám vznikne v kotli při oxidaci a u úst až budete odpadní kyselinu ředit, filtrovat suspenzi na povrchu oxidovaného grafitu, promývat ji vodou a kyselinu regenerovat.
Stejně byl "oxid grafitu" použit jen jako polotovar, který alchimysté po vysušení dále vařili v ethylendiaminu se sírou, aby na povrchu "Grafenu" vyměnili část reaktivního kyslíku dusíkem na vázaného et. diaminu ev. i nějak pekelnou sírou.
Za ta prachy je to skutešně nepopsatelné!

Odpovědět

ppm / g

Miroslav Pragl,2021-08-08 21:23:41

Ahoj Radime,
uplne se mi nechce hledat exaktni slozeni "prumerne" pudy, ale pokud bychom se zhruba shodli, ze hustota uranu (cca 20 g/cm3) je o rad vyssi, nez prumerna hustota pudy (neco mezi 2-3 g/cm3 ...?), nestane se z 4 ppm uranu neco kolem 40 g / tunu?

MP

Odpovědět

Tak proto jsou japonci žlutí

Josef Hrncirik,2021-08-07 12:04:48

Odpovědět


Re: Tak proto jsou japonci žlutí

Josef Hrncirik,2021-08-07 20:48:29

A poněkud radioaktivní.

Odpovědět


Re: Re: Tak proto jsou japonci žlutí

Josef Hrncirik,2021-08-08 21:35:40

Při přírodním obsahu uranu ve vodě ji bude Veolia účtovat jako energetický nápoj Semtex.
Vodu ošetřenou vytažením uranu grafenovou pěnou budou účtovat dvojnásobnou cenou a tím z Vás snadno vytáhnou velké prachy.
V jugošce jde i při dvojnásobné ceně oproti rakiji na dračku depleted uranium depleted depleted water 80 proof.

Odpovědět

Snadná těžba uranu?

Radim Polášek,2021-08-07 11:18:35

Uran je ale docela rovnoměrně obsažen v každé půdě.V původem vyvřelé půdě je asi 40 gramů uranu na tunu horniny, jestli si ty čísla dobře pamatuji, v sedimentované půdě - hornině je v průměru okolo 20 garmů uranu. Ostatně stačí se podívat třeba na mapu koncentrace radonu, radon vzniká téměř výhradně jako produkt rozpadové řady uranu 235 a tudíž jeho koncentrace bezprostředně odráží výskyt uranu.
S tímto by uran obsahovala každá podzemní voda. Uran naštěstí není v běžné vodě rozpustný. Podle mých znalostí se uran rozpouští do podzemní vody pouze tehdy, pokud tato podzemní voda obsahuje komplexotvorná činidla. Opomíjím surovou těžku uranu lidmi čerpáním kyseliny sírové a podobných látek do podzemí.
Komplexotvorná činidla mohou vznikat v podzemí v sedimentovaných pro vodu propustných horninách ze zbytků biomasy, která byla při vzniku sedimentů do té horniny uzavřena.
Takhle vznikají sekundární uranová ložiska, voda prostupující pomalu po deseti a statisíce let propustnými horninani s obsahem uranu a sloučenin uhlíku vymývá uran do chemických komplexů. Uran se s tou vodou pohybuje podzemím, dokud nenarazí na zlom nebo změnu složení hodniny, která ty uranonosné komplexy neutralizuje. Tam se uran vylučuje a hromadí.
Odstraňování uranu z vody grafenem tak vidím jako první vlaštovku, která umožní ekonomicky těžit uran z nízko obsahujících přírodních surovin. Tady zřejmě z některých podzemníchnebo minerálních vod.

Odpovědět


Re: Snadná těžba uranu?

Jakub Fiala,2021-08-07 14:17:04

Jako filtr zajímavé. Ale co se týče těžby tak to spíše z mořské vody společně s dalšími kovy.

Odpovědět


Re: Re: Snadná těžba uranu?

Josef Hrncirik,2021-08-11 18:54:34

V mořské vodě jsou jen 3 mg U/m3.
Probíhají zkoušky chytat U do iontoměniče s amidoximovými ligandy.
U však musí dostat šanci doproudit k a prodifundovat se tenkými iontoměnivými vlákny. Vlákna tedy musí být naložena v mořském láku cca 50 dní, teprve potom se využitelně naplní U.
Urychlit přísun U k vláknům by vyžadovalo příliš mnoho energie, určitě tomu nepomůže nesmysl s "grafenovými magnety s elektrolýzou". Ledaže by to tahal oceány při svých projíždkách Nimitz.
Mezitím je to mrtvý kapitál. Jirka Séreš se nasere a požene Vás splatit úroky a půjčky už před regenerací iontoměniče.

Odpovědět


Re: Snadná těžba uranu?

Radim K,2021-08-08 20:55:37

4 ppm, nikoliv 40 gramů...
To bychom dobře svítili :-)

Odpovědět


Re: Re: Snadná těžba uranu?

Miroslav Pragl,2021-08-09 14:27:44

Pardon, zpatne jsem zathreadoval, patrilo sem:

Ahoj Radime,
uplne se mi nechce hledat exaktni slozeni "prumerne" pudy, ale pokud bychom se zhruba shodli, ze hustota uranu (cca 20 g/cm3) je o rad vyssi, nez prumerna hustota pudy (neco mezi 2-3 g/cm3 ...?), nestane se z 4 ppm uranu neco kolem ... 40 g / tunu?

MP

Odpovědět


Re: Snadná těžba uranu?

Josef Hrncirik,2021-08-10 10:17:07

uran (U) litofilní prvek (geochemie), schopný migrace v podobě rozpustných komplexů a koncentrování (srážení) v redukčních podmínkách, kdy nastává i sorpce na organické látky a jílové minerály. Je znám větší počet minerálů obsahujících uran, z nichž nejčastější bývá uraninit a produkty jeho rozkladu. Uran bývá často spjat s thoriem a je součástí mnoha akcesorií (zirkon, monazit, apatit aj. ). Zvýšené obsahy uranu jsou vázány na kyselé plutonity (žuly mohou obsahovat až 15-25 g . t-1). Hlavním zdrojem uranu jsou dnes ložiska sedimentární (např. křídové sedimenty severních Čech, kde uran je těsně spjat se zirkoniem, rozsáhlá ložiska v USA, uranonosné slepence v JAR), důležitá jsou i ložiska hydrotermálního původu (Jáchymov) a ložiska pegmatitová. Uranové suroviny jsou jediným zdrojem radia.

Text: Prof. Jan Petránek
Odkazy
geochemie uraninit

Odpovědět


Re: Re: Snadná těžba uranu?

Josef Hrncirik,2021-08-10 10:44:33

V povrchovém dole Rössing Uranium Mine ložisko o mocnosti cca 18 metrů se nachází v oblasti migmatitů a žulových pegmatitů, které obsahují uran. Uranová ruda v této oblasti je poměrně chudá, obsah uranu v rudě je cca 0,045% (pro honáky 450 g/tunu), přičemž celosvětový průměr činí 0,15% (1,5 kg/t).
Snadno se dá dočíst o komunistických lágrech a dobývání smolince, ale v jaké formě je zde uran uložen kapitál tají.

Odpovědět



Tento web používá k poskytování služeb, personalizaci reklam a analýze návštěvnosti soubory cookie. Používáním tohoto webu s tím souhlasíte. Další informace