Tin tứcMột nhóm các nhà khoa học thuộc Đại học Sư phạm Đông Bắc ở Trường Xuân, tỉnh Cát Lâm Trung Quốc cho biết họ đã tìm ra cách chiết xuất ra uranium, là kim loại nặng dùng làm nhiên liệu cho các lò phản ứng hạt nhân, từ nước biển. Nhóm nghiên cứu này đã phát triển một điện cực để thu giữ uranium thông qua các phản ứng điện hóa.
Họ cho biết phương pháp này nhanh hơn ít nhất ba lần so với các phương pháp hiện có và có hiệu quả trong việc che chắn các tạp chất trong nước biển, nghĩa là nó có thể phù hợp cho các ứng dụng quy mô lớn.
Theo Cơ quan Năng lượng hạt nhân, điểm mấu chốt là các đại dương, nơi chứa khoảng 4,5 tỷ tấn uranium, gấp gần một nghìn lần so với trữ lượng trên đất liền.
Các nhà nghiên cứu, dẫn đầu bởi Phó Giáo sư Zhao Rui (Triệu Thụy) và Giáo sư Zhu Guangshan (Chu Quảng Sơn), đã công bố kết quả nghiên cứu đột phá của họ trên tạp chí Khoa học Trung tâm ACS vào ngày 13 tháng 12.
Trung Quốc hiện đang xây dựng nhiều nhà máy điện hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia nào khác, nhưng quặng uranium, nguồn nhiên liệu của các nhà máy điện hạt nhân của nước này có chất lượng thấp nên phải nhập khẩu để cung cấp cho các lò phản ứng.
Khả năng khai thác uranium từ nước biển có thể là yếu tố có thể thay đổi “cuộc chơi” đối với cơ cấu năng lượng của Trung Quốc và thế giới. Đồng thời tiến bộ về công nghệ được các nhà hoạch định chính sách và ngành công nghiệp hạt nhân theo dõi chặt chẽ.
Uranium là nguyên tố thiết yếu cho năng lượng hạt nhân kể từ năm 1942, khi nhà vật lý Enrico Fermi xây dựng lò phản ứng hạt nhân đầu tiên ở Chicago.
Theo cách sản xuất truyền thống, nó được chiết xuất từ việc hình thành đá trên mặt đất, nhưng do giới hạn về trữ lượng của các mỏ này đã khiến các nhà khoa học phải tìm kiếm các nguồn uranium thay thế.
Theo Cơ quan Năng lượng hạt nhân, nguồn thay thế chính đó là các đại dương, nơi chứa khoảng 4,5 tỷ tấn uranium, gấp gần một nghìn lần so với trữ lượng trên đất liền.
Việc chiết xuất uranium từ nước biển là một công việc vô cùng thách thức do nồng độ của uranium trong nước biển cực kỳ thấp, ở mức 3,3 phần tỷ và sự hiện diện của các ion gây nhiễu trong môi trường biển phức tạp.
Độ khó của nhiệm vụ này tương đương việc tìm một gam muối trong 300.000 lít nước ngọt, nếu không muốn nói là khó khăn hơn.
Để giải quyết thách thức này, nhóm nghiên cứu đã tạo ra một điện cực bằng cách phủ lên vải dệt bằng sợi carbon 2 đơn phân tử, các phân tử có thể phản ứng với các phân tử khác để tạo thành các cấu trúc như polyme. Chúng được polyme hóa để tạo ra vật liệu điện cực có các vết lồi và lõm cực nhỏ, được gọi là khung thơm xốp hay PAF.
PAF có các vị trí xúc tác, biến các ion urani thành các hợp chất urani và các vị trí hấp thụ để thu thập các hợp chất. Bản chất xốp của vải sợi carbon cũng giúp bẫy các ion uranium.
Theo nghiên cứu, phương pháp điện hóa này có thể cải thiện công suất và tốc độ chiết xuất so với phương pháp hấp thụ hóa lý truyền thống.
Zhu cho biết trong bài báo: “Việc chiết xuất uranium bằng điện cực PAF cho thấy sự hấp thụ cao hơn và động học nhanh hơn so với sự hấp thụ hóa lý”.
Theo nghiên cứu, trong các thử nghiệm được tiến hành trên nước từ biển Bột Hải, nhóm nghiên cứu đã sử dụng điện cực để chiết xuất 12,6 miligam uranium trên mỗi gam vật liệu trong 24 ngày, với độ bão hòa vẫn chưa đạt được vào thời điểm đó.
Các nhà khoa học cho biết phương pháp này tốt hơn hầu hết các phương pháp chiết xuất uranium được báo cáo khác.
Các thử nghiệm cũng cho thấy điện cực ổn định qua nhiều chu kỳ chiết, bất chấp sự hiện diện của các ion kim loại cạnh tranh trong nước biển.
Zhu cho biết: “Tính chọn lọc tốt này là do điện áp xoay chiều đặt vào các điện cực, đẩy lùi các ion không liên kết”.
Ông cho biết các điện cực có thể mang lại một phương pháp hiệu quả hơn để tách uranium từ nước biển và nghiên cứu này đã cải thiện sự hiểu biết về các cơ chế đằng sau việc chiết uranium bằng điện hóa.
Nghiên cứu được tài trợ bởi Chương trình R&D trọng điểm quốc gia của Trung Quốc và Quỹ khoa học tự nhiên quốc gia của Trung Quốc.
