Lautan meliputi sebagian besar permukaan Bumi dan mendukung jumlah organisme hidup yang luar biasa, tetapi juga menjadi lumbung bagi ion uranium yang terlarut. Jika kita dapat mengeluarkan ion-ion khusus ini dari air. maka ion tersebut dapat menjadi sumber bahan bakar yang berkelanjutan untuk menghasilkan energi nuklir. Para peneliti yang menerbitkan hasil penelitian mereka di ACS Central Science kini telah mengembangkan bahan untuk digunakan dengan ekstraksi elektrokimia yang menarik ion uranium yang sulit diperoleh dari air laut dengan lebih efisien daripada metode yang sudah ada.
Reaktor tenaga nuklir melepaskan energi yang secara alami disimpan dalam atom dan mengubahnya menjadi panas dan listrik dengan secara harfiah memecah atom tersebut – suatu proses yang dikenal sebagai fisi. Uranium telah menjadi unsur pilihan untuk proses ini karena semua bentuknya tidak stabil dan radioaktif, membuatnya mudah untuk dipisahkan.
Saat ini, logam ini diekstraksi dari batuan, tetapi deposit bijih uranium terbatas. Namun, Badan Energi Nuklir memperkirakan bahwa sekitar 4,5 miliar ton uranium mengambang di lautan kita sebagai ion uranyl yang terlarut. Cadangan ini lebih dari 1.000 kali lipat dari yang ada di daratan. Mengekstraksi ion-ion ini ternyata menantang, karena bahan yang digunakan untuk itu tidak memiliki cukup luas permukaan untuk menangkap ion-ion dengan efektif.
Jadi, Rui Zhao, Guangshan Zhu, dkk ingin mengembangkan bahan elektroda dengan banyak rongga dan lipatan mikroskopis yang dapat digunakan dalam penangkapan elektrokimia ion uranium dari air laut.
Untuk membuat elektroda mereka, tim ini memulai dengan kain fleksibel yang terbuat dari serat karbon. Mereka melapisi kain tersebut dengan dua monomer khusus yang kemudian dipolimerisasi.
Selanjutnya, mereka memperlakukan kain tersebut dengan hidroksilamina hidroklorida untuk menambahkan kelompok amidoksim ke polimer tersebut. Struktur alami dan berpori-pori dari kain tersebut menciptakan banyak kantong kecil untuk amidoksim bersarang dan dengan mudah menangkap ion uranyl.
Dalam eksperimen, para peneliti menempatkan kain yang dilapisi sebagai katoda baik dari air laut yang diperoleh secara alami atau air laut yang diperkaya uranium, menambahkan anoda grafit, dan menjalankan arus siklik antara elektroda tersebut.
Dalam beberapa waktu kemudian, endapan berwarna kuning cerah berbasis uranium terakumulasi pada kain katoda. Dalam uji coba menggunakan air laut yang dikumpulkan dari Laut Bohai, elektroda mengekstraksi 12,6 miligram uranium per gram air selama 24 hari.
Kapasitas bahan yang dilapisi lebih tinggi daripada sebagian besar bahan pengekstrak uranium lain yang diuji oleh tim tersebut. Selain itu, menggunakan elektrokimia untuk menangkap ion-ion itu sekitar tiga kali lebih cepat daripada membiarkan mereka terakumulasi secara alami pada kain tersebut.
Para peneliti mengatakan bahwa penelitian ini menawarkan metode yang efektif untuk menangkap uranium dari air laut, yang dapat membuka lautan sebagai penyedia baru bahan bakar nuklir.
Referensi
Dingyang Chen, Yue Li, Xinyue Zhao, Minsi Shi, Xiaoyuan Shi, Rui Zhao, Guangshan Zhu. Self-Standing Porous Aromatic Framework Electrodes for Efficient Electrochemical Uranium Extraction. ACS Central Science, 2023; DOI: 10.1021/acscentsci.3c01291
