海洋拥有超过40亿吨的铀 - 足以满足未来1万年的全球能源需求，只要我们能够捕获海水中的元素来为核电站提供燃料。该领域的主要进展已由美国化学学会(ACS)期刊“ 工业与工程化学研究”发表。
半个世纪以来，全世界的研究人员都试图从海洋中开采铀，但收效甚微。在20世纪90年代，日本原子能机构(JAEA)的科学家开创了在淹没在海水中的材料表面粘附或吸附铀的材料。2011年，美国能源部(DOE)发起了一项计划，涉及来自美国国家实验室，大学和研究机构的多学科团队，以解决从海水中经济地提取铀的基本挑战。在五年内，该团队开发了新的吸附剂，可以将从海水中提取铀的成本降低三到四倍。
为了记录这一成功和其他成功，这个特刊专注于国际科学家在ACS 2015年春季丹佛会议上提出的“海水中的铀”研究。主要贡献来自美国能源部核能办公室燃料资源计划支持的研究人员，他们根据与中国科学院和JAEA达成的协议，协调中国和日本研究人员的国际努力。能源部计划正在为确定从海水中回收铀的经济可行性奠定技术基础。它支持国家实验室，大学和研究机构的研究人员，专注于开发和测试具有更高吸附能力的下一代吸附剂，
“为了使核能保持可持续的能源，必须提供经济上可行且安全的核燃料来源，”为能源部计划提供技术和外联领导的菲利普布里特说。“这篇特刊会记录了世界各地研究人员为实现安全的能源未来而实现的巨大成功所取得的巨大成功。”
来自田纳西州橡树岭国家实验室和华盛顿太平洋西北国家实验室的两个能源部实验室的科学家在特刊中引用了30篇论文中的一半以上。ORNL的贡献集中在合成和表征铀吸附剂，而PNNL的论文则专注于在国家实验室和大学合成的吸附剂的海洋测试。
“合成一种优于从海水中吸附铀的材料需要一个多学科，多机构的团队，包括化学家，计算科学家，化学工程师，海洋科学家和经济学家，”盛海说，他对海水中的ORNL铀进行技术监督。程序。“计算研究提供了对选择性结合铀的化学基团的见解。热力学研究提供了对海水中铀和相关化学物质化学的深入了解。动力学研究揭示了控制海水中铀与吸附剂结合速度的因素。了解吸附剂的吸附性能。实验室是我们开发更经济的吸附剂的关键，并使它们能够尽可能多地吸收铀。“
这种团队合作最终产生了聚乙烯纤维编织物，其中含有一种吸收铀的化学物质，称为偕胺肟。到目前为止，已经在实验室中用真正的海水进行了测试; 但是辫子可以在海洋中展开，大自然可以在那里进行混合，避免了通过纤维泵送大量海水的费用。几周后，收集含氧化铀的纤维并进行酸性处理，释放或解吸铀酰离子，再生吸附剂以便再利用。进一步加工和浓缩铀会产生一种燃料核电厂的材料。
PNNL研究人员使用来自华盛顿Sequim Bay的天然过滤和未过滤海水在受控温度和流速条件下测试了ORNL和其他实验室(包括参与核能大学计划的大学)开发的吸附剂。PNNL沿海科学部副主任加里吉尔协调了三个海洋测试站点 - 位于华盛顿州Sequim的PNNL海洋科学实验室，马萨诸塞州伍兹霍尔海洋研究所和佛罗里达州迈阿密大学。
“了解吸附剂在天然海水条件下的表现对于可靠地评估铀吸附材料的工作情况至关重要，”吉尔说。“除了海洋测试，我们还评估了吸附剂吸附铀与其他元素的比例，吸附剂的耐久性，海洋生物的积累是否会影响吸附剂的容量，我们证明大多数吸附材料都没有毒性.PNNL也进行了实验。优化从吸附剂中释放铀和使用酸和碳酸氢盐溶液再利用吸附剂。“
PNNL的海洋测试显示，在49天的天然海水暴露下，ORNL吸附剂材料能够容纳每公斤吸附剂5.2克铀 - 特殊问题中提出的最高结果。来自海水的铀计划继续取得重大进展，生产具有更高铀吸收能力的吸附剂。在天然海水中56天后，最近的测试每千克吸附剂超过6克铀 - 吸附能力比特别版中强调的结果高出15%。