核原料有望擺脫礦業(yè)開采?
來源:科技新報 發(fā)布日期:2019-06-19
若要取得核原料鈾,通常只有礦業(yè)開采一途,不僅會造成環(huán)境污染,對采礦工人與附近居民的健康更是長期的負擔,現(xiàn)在美國橡樹嶺國家實驗室(ORNL)團隊帶來暨環(huán)保又具成本效益的海水提煉法,研發(fā)鈾親和力高的聚合物吸附材料,或許能改變人們未來開采鈾的方式。
沒有鈾礦就沒有燃料棒,鈾對核能發(fā)電的重要性不言自明,然而鈾在陸地的含量不多,開采又會造成環(huán)境污染,如果想從海水提煉下手,海水中鈾的蘊含量僅每公升 3 微克,也就是說一公噸的海水只有 0.003 克的鈾,科學家如何從海水大量提煉呢?
目前海中取鈾主要方法為過濾法,日本原子能研究開發(fā)機構開發(fā)出聚合物墊,美國西北太平洋國家實驗室、LCW 超臨界技術公司組成的團隊則是用丙烯酸酯濾網來吸附海水里的鈾,美國橡樹嶺國家實驗室也采用相同做法,先前開發(fā)出酰胺肟(音同希安沃,amidoxime)聚合物吸附材料,陽光照射即可開始吸收鈾離子。
不同技術有不同的優(yōu)缺點,但整體來說它們距離商業(yè)化都還有一大段距離。就以酰胺肟聚合物來說,吸收率取決于聚合物的表面面積,但水中有太多的帶正電離子,在聚合物膜吸收鈾離子之前,可能會先吸收大量的釩離子、鈉離子跟鉀離子,反倒變成其他元素的提取技術。
再加上去除釩的過程也相當麻煩,所需的高濃度酸性溶液、廢棄溶液回收都是成本,酸處理也會破壞聚合物膜纖維,使得科學家研發(fā)的酰胺肟聚合物膜無法回收再利用,著實浪費。
因此由 ORNL、伯克利國家實驗室、加州大學柏克萊分校和南佛羅里達大學組成的團隊,決定打造具有「鈾離子吸引特性」又好處理的聚合物吸附材料。
他們以微生物體內的鐵載體(siderophores,注)為靈感,研制出鈾親和力高的官能基材料 H2BHT。不僅能有效吸附鈾離子,科學家還可以用較溫和的堿性溶液進行加工,讓科學家可以循環(huán)再利用 H2BHT 聚合物材料,成為另一種成本優(yōu)勢。
ORNL 化學科學家兼論文共同作者Ilja Popovs 表示,理想狀態(tài)下,等比例放大的 H2BHT 聚合物材料不會吸附非鈾離子元素,就算吸收到其他離子,也很容易去除,而且材料也可以重復使用,能有效最大化鈾離子吸附效率。
只不過該團隊尚未公布新材料的吸收率或是能提取多少鈾粉,僅表示會再進一步改進方法,致力提高效率與朝商業(yè)化邁進。
目前新方法看不出會對環(huán)境造成什么危害,至少比礦業(yè)開發(fā)還要環(huán)保,假如成功邁向商業(yè)階段,說不定可以改變人們獲得鈾的方式,雖然說一公噸的海水只有 0.003 克的鈾,但積少成多,海洋中鈾元素總量是陸地的 500 倍,40 億公噸的鈾已經足夠人們開發(fā)容量 1GW 的核分裂技術 1,000 年。
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