氧化石墨烯可快速清除水中放射性物質(zhì)
據(jù)物理學(xué)家組織網(wǎng)1月8日報道，美國萊斯大學(xué)和俄羅斯莫斯科國立羅蒙諾索夫大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，氧化石墨烯具有非凡的吸附能力，能夠快速除去污染水體中的放射性物質(zhì)。相關(guān)研究報告發(fā)表在近期出版的英國*化學(xué)學(xué)會《物理化學(xué)·化學(xué)物理學(xué)》雜志上。
科學(xué)家確定，原子厚度的氧化石墨烯薄片能快速地吸附在天然和人造的放射性核素上，并凝結(jié)成固體。這種薄片能夠溶于液體之中，也能輕易地大批量。氧化石墨烯會在導(dǎo)入模擬核廢物的數(shù)分鐘內(nèi)凝固，迅速聚集zui致命的毒素廢物，這一過程也將跨越多個pH值。
在此項研究中，研究人員主要致力于去除錒系元素和鑭系元素等放射性同位素。也就是從液體中而非固體或氣體中除去元素周期表中的30個稀土元素。雖然這些同位素并不親水，但卻可以隱匿于水中。而從人類健康和環(huán)境保護(hù)角度來看，這可謂是它們zui不受歡迎的聚集地。
事實上，天然生成的放射性核素也不怎么受歡迎，因為壓裂流體會在鉆井過程中將它們帶到表層。當(dāng)?shù)叵滤矎你@井中流出，且放射性元素超過一定水平時，就會因高溫而不能再輸送回土壤中。此時就需要將受污染的水體運送至其他地方進(jìn)行儲存和處理，隨之而來的則是大筆的開銷。而使用氧化石墨烯能快速過濾放射性污染物，顯著降低水力壓裂法等油氣回收方式的成本，對清理福島核電站等區(qū)域的污染水源大有裨益。此外，采礦業(yè)也將收獲潛在的利益。基于對環(huán)境的擔(dān)憂，美國之前基本中斷了稀土金屬的開采，而其對于手機(jī)而言十分重要。
雖然氧化石墨烯的較大表面積決定了其吸附毒素的能力很強(qiáng)，但吸收速度之快仍出乎科研人員所料。這一速度具體由污染物的構(gòu)成所決定。對此，科學(xué)家以包含鈾和钚的模擬核廢物以及鈉和鈣等可負(fù)面影響氧化石墨烯吸收效應(yīng)的物質(zhì)進(jìn)行了測試。即使如此，氧化石墨烯也被證明效用要明顯優(yōu)于膨潤土和活性炭等常用的核清理劑。
研究人員還強(qiáng)調(diào)，捕獲放射性核素并不會減弱它們的放射性，而是使其更易被處理。以福島核電站附近的區(qū)域為例，可通過將氧化石墨烯添加到以離子狀態(tài)存在的放射性物質(zhì)溶液中，得到固體的核物質(zhì)，并對其進(jìn)行焚燒。在此過程中，氧化石墨烯會快速燃燒，僅剩下塊狀的放射性物質(zhì)，便于重復(fù)利用。而低成本和可生物降解的特質(zhì)也使氧化石墨烯成為了滲透性反應(yīng)墻技術(shù)的合適之選，這對于原位地下水的修復(fù)而言具有相當(dāng)?shù)囊饬x。
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