Khoa học tự nhiên

Oxit graphit xử lý vật liệu phóng xạ trong nước (21/01/2013)

Một nghiên cứu mới công bố của các nhà nghiên cứu tại Đại học Rice và Đại học Lomonosov Moscow, đã chứng minh oxit graphit có thể loại bỏ nhanh một số nuclit phóng xạ nhân tạo rất độc hại, tồn lưu lâu ra khỏi nước ô nhiễm. Đây là một phương pháp đơn giản để giảm ô nhiễm chất thải hạt nhân và giúp tăng tốc độ xử lý chất thải.

Các nhà khoa học đã phát hiện ra các mảnh oxit graphit kích thước hiển vi, dày bằng một nguyên tử liên kết nhanh với các nuclit phóng xạ tự nhiên và nhân tạo và cô đọng thành chất rắn. Các mảnh oxit graphit tan trong chất lỏng và dễ dàng được sản xuất với khối lượng lớn.

James Tour, một trong số các nhà nghiên cứu cho rằng phát hiện này sẽ hỗ trợ xử lý các địa điểm ô nhiễm như nhà máy điện hạt nhân Fukushima bị thiệt hại do trận động đất và sóng thần năm 2011. Ngoài ra, phương pháp mới có thể cắt giảm chi phí của công nghệ tạo nứt gãy bằng thủy lực để khai thác dầu khí và giúp khôi phục hoạt động khai thác kim loại đất hiếm ở Hoa Kỳ.

Nhóm nghiên cứu đã làm thí nghiệm cho oxit graphit xử lý các chất thải hạt nhân mô phỏng chứa urani, pluton và các chất như natri và canxi, có thể ảnh hưởng xấu đến khả năng hút bám. Dù vậy, oxit graphit vẫn tỏ ra tốt hơn nhiều so với đất sét bentonit và than hoạt tính dạng hạt thường được sử dụng trong xử lý hạt nhân.

Oxit graphit được bổ sung vào chất thải hạt nhân mô phỏng, đông lại trong vài phút, nhanh chóng kết thành khối các chất độc hại nhất.

Các nhà nghiên cứu đã tập trung loại bỏ các đồng vị phóng xạ của actinit và lanthanide, nằm trong số 30 nguyên tố đất hiếm trong bảng tuần hoàn, ra khỏi chất lỏng hơn là chất rắn hoặc khí. Mặc dù không ưa nước, nhưng chúng vẫn ẩn nấp trong đó. Do vậy, sẽ không tốt cho sức khỏe con người và môi trường.

Các nuclit phóng xạ tự nhiên có trong các chất lưu được khai thác nhờ công nghệ tạo nứt gãy bằng thủy lực trong các hoạt động khoan dầu khí, đã đưa các nuclit này lên mặt đất. Nhà khoa học Tour cho biết: khi nước ngầm được hút lên từ giếng, nó chứa hàm lượng phóng xạ nhất định, không thể đưa trở lại lòng đất. Nó quá nóng. Các công ty cần phải vận chuyển nước ô nhiễm đến các điểm chôn lấp trên khắp đất nước với chi phí rất lớn. Khả năng lọc nhanh tại chỗ các chất ô nhiễm sẽ tiết kiệm khoản chi phí lớn.

Ông còn cho rằng phương pháp mới mang lại lợi ích tiềm tàng lớn lao cho ngành công nghiệp khai khoáng. Các yêu cầu về môi trường là về cơ bản phải chấm dứt hoạt động khai thác các kim loại đất hiếm ở Hoa Kỳ, cần để sản xuất điện thoại di động. Trung Quốc sở hữu thị trường này vì họ không phải tuân thủ các tiêu chuẩn môi trường tương tự. Do vậy, nếu công nghệ mới tạo cơ hội khôi phục lại hoạt động khai thác kim loại đất hiếm ở nước này, lợi ích từ hoạt động này sẽ rất lớn.

Hơn nữa, việc thu hồi các nuclit phóng xạ không làm cho chúng giảm bớt tính phóng xạ, mà chỉ dễ xử lý hơn. Theo ông Tour, khi có một bể vật liệu phóng xạ khổng lồ như nhà máy điện hạt nhân Fukushima, bạn cho oxit graphit vào và thu hồi một vật liệu rắn, chỉ là các ion trong dung dịch. Sau đó, hớt nó ra và đốt. Oxit graphit cháy rất nhanh, để lại một khối vật liệu phóng xạ có thể tái sử dụng.

Những lợi thế về giá thành rẻ và khả năng phân hủy sinh học làm cho oxit graphit thích hợp để sử dụng trong các rào chắn phản ứng thấm nước - công nghệ mới xử lý nước ngầm tại chỗ. 

Nguồn: NASATI (Cục thông tin Khoa học và Công nghệ Quốc gia)