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?qǐng)?bào)道，美國(guó)萊斯大學(xué)和俄羅斯莫斯科國(guó)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(bào)告發(fā)表在近期出版的英國(guó)*化學(xué)學(xué)會(huì)《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(huì)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(guò)程也將跨越多個(gè)pH值。
在此項(xiàng)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(gè)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(lèi)健康和環(huán)境保護(hù)角度來(lái)看，這可謂是它們zui不受歡迎的聚集地。
事實(shí)上，天然生成的放射性核素也不怎么受歡迎，因?yàn)閴毫蚜黧w會(huì)在鉆井過(guò)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(guò)一定水平時(shí)，就會(huì)因高溫而不能再輸送回土壤中。此時(shí)就需要將受污染的水體運(yùn)送至其他地方進(jìn)行儲(chǔ)存和處理，隨之而來(lái)的則是大筆的開(kāi)銷(xiāo)。而使用氧化石墨烯能快速過(guò)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(duì)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(duì)環(huán)境的擔(dān)憂(yōu)，美國(guó)之前基本中斷了稀土金屬的開(kāi)采，而其對(duì)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(duì)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(cè)試。即使如此，氧化石墨烯也被證明效用要明顯優(yōu)于膨潤(rùn)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(huì)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?yàn)槔赏ㄟ^(guò)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(duì)其進(jìn)行焚燒。在此過(guò)程中，氧化石墨烯會(huì)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(duì)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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