Aus dem Meer in den Reaktor

Der Uranbergbau für die Atomwirtschaft verursacht immense Umweltschäden, die mit zunehmender Ausbeutung der Reserven immer gravierender werden. Die Isolierung von Uran aus Meerwasser wäre eine wesentlich umweltschonendere Alternative.

Amerikanische Wissenschaftler stellen in der Zeitschrift Angewandte Chemie jetzt ein Verfahren vor, mit dem sie maßgeschneiderte, sehr effektive Adsorptionsmittel für diese Aufgabe herstellen können.

Da die Konzentration der in Meerwasser gelösten Uranylionen sehr gering ist, müssen in Frage kommende Adsorptionsmittel besonders effektiv sein. Durch eine gezielte Einstellung der Oberfläche und der Porenstruktur gelang es einem Team vom Oak Ridge National Laboratory und der University of Tennessee jetzt, sowohl die Adsorptionsgeschwindigkeit als auch die Adsorptionskapazität eines neuen polymeren Adsorbens wesentlich zu erhöhen.

Erfolgsgeheimnis ist eine spezielle Polymerisationstechnik. Das Team um Sheng Dai stellt zunächst poröse Polymergerüste auf der Basis von Vinylbenzylchlorid (VBC) als Monomere und Divinylbenzol (DVB) als Quervnetzungsmittel her. Über eine Variation des Verhältnisses von VBC zu DVB lassen sich die Oberflächeneigenschaften und das Volumen der Poren variieren.

Die so erzeugten Gerüste enthalten in ihrem Inneren viele zugängliche Chlorid-Spezies, die nun ihrerseits als Ausgangspunkte für einen weiteren Polymerisationsschritt dienen, eine so genannte Atom-Transfer-Radikal-Polymerisation (ATRP), mit deren Hilfe die Forscher Polyacrylnitril-Ketten innerhalb des Gerüsts aufwachsen lassen. Vorteil der ATRP ist eine besonders gut kontrollierbare, sehr einheitliche Kettenlänge. In einem letzten Schritt werden die Polyacrylnitrile in Polyamidoxime umgewandelt, da Amidoximgruppen sehr gut Uranylionen binden können.

Tests mit simuliertem Meerwasser ergaben eine deutlich höhere und wesentlich raschere Uran-Adsorption als bei herkömmlichen Adsorbentien auf Polyethylen-Basis. Es zeigte sich, dass die Adsorptionskapazität des neuen Adsorbens stark von der Dichte der Amidoxim-Gruppen abhängt – ein Parameter, der über die Porengröße und Menge zugänglicher Chlorid-Spezies des ursprünglichen nanoporösen Gerüsts maßgeschneidert werden kann.

„Diese Gerüste sind das erste Beispiel für ATRP-Initiatoren, bei denen sich die Initiator-Spezies innerhalb des Netzwerks des nanoporösen Trägers befindet“, berichtet Dai. „Mit unserem neuen Verfahren werden Materialien mit maßschneiderbaren Adsorptions- und Oberflächeneigenschaften zugänglich. Die Methode kann zur Herstellung verschiedenster polymerer Nanokomposite eingesetzt werden, etwa Adsorbentien zur Entfernung von Schwermetall-Ionen aus Flüssigkeiten oder neuartiger Katalysatoren.“

Angewandte Chemie: Presseinfo 44/2013

Autor: Sheng Dai, Oak Ridge National Laboratory (USA), http://web.ornl.gov/sci/csd/Research_areas/NC_staff.htm

Angewandte Chemie, Permalink to the article: http://dx.doi.org/10.1002/ange.201307825

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