核原料有望擺脫礦業(yè)開(kāi)采?
來(lái)源:科技新報(bào) 發(fā)布日期:2019-06-19
若要取得核原料鈾,通常只有礦業(yè)開(kāi)采一途,不僅會(huì)造成環(huán)境污染,對(duì)采礦工人與附近居民的健康更是長(zhǎng)期的負(fù)擔(dān),現(xiàn)在美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室(ORNL)團(tuán)隊(duì)帶來(lái)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?nèi)藗兾磥?lái)開(kāi)采鈾的方式。
沒(méi)有鈾礦就沒(méi)有燃料棒,鈾對(duì)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(kāi)采又會(huì)造成環(huán)境污染,如果想從海水提煉下手,海水中鈾的蘊(yùn)含量?jī)H每公升 3 微克,也就是說(shuō)一公噸的海水只有 0.003 克的鈾,科學(xué)家如何從海水大量提煉呢?
目前海中取鈾主要方法為過(guò)濾法,日本原子能研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)出聚合物墊,美國(guó)西北太平洋國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、LCW 超臨界技術(shù)公司組成的團(tuán)隊(duì)則是用丙烯酸酯濾網(wǎng)來(lái)吸附海水里的鈾,美國(guó)橡樹(shù)嶺國(guó)家實(shí)驗(yàn)室也采用相同做法,先前開(kāi)發(fā)出酰胺肟(音同希安沃,amidoxime)聚合物吸附材料,陽(yáng)光照射即可開(kāi)始吸收鈾離子。
不同技術(shù)有不同的優(yōu)缺點(diǎn),但整體來(lái)說(shuō)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(lái)說(shuō),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(huì)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(shù)。
再加上去除釩的過(guò)程也相當(dāng)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(huì)破壞聚合物膜纖維,使得科學(xué)家研發(fā)的酰胺肟聚合物膜無(wú)法回收再利用,著實(shí)浪費(fèi)。
因此由 ORNL、伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室、加州大學(xué)柏克萊分校和南佛羅里達(dá)大學(xué)組成的團(tuán)隊(duì),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(nèi)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(xué)家還可以用較溫和的堿性溶液進(jìn)行加工,讓科學(xué)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(shì)。
ORNL 化學(xué)科學(xué)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(huì)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(fù)使用,能有效最大化鈾離子吸附效率。
只不過(guò)該團(tuán)隊(duì)尚未公布新材料的吸收率或是能提取多少鈾粉,僅表示會(huì)再進(jìn)一步改進(jìn)方法,致力提高效率與朝商業(yè)化邁進(jìn)。
目前新方法看不出會(huì)對(duì)環(huán)境造成什么危害,至少比礦業(yè)開(kāi)發(fā)還要環(huán)保,假如成功邁向商業(yè)階段,說(shuō)不定可以改變?nèi)藗儷@得鈾的方式,雖然說(shuō)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(jīng)足夠人們開(kāi)發(fā)容量 1GW 的核分裂技術(shù) 1,000 年。
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