核廢料回收有望取得重要突破
核廢料如何處理一直是全球面臨的重要環(huán)境挑戰(zhàn)。對(duì)于這些核廢料，永久儲(chǔ)存是否是唯一的處理方案？
德國(guó)德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茲中心（HZDR）資源生態(tài)研究所教授Kristina Kvashnina及其團(tuán)隊(duì)給出了否定的答案。
他們還提出了一個(gè)創(chuàng)新性的解決方案：從核廢料中回收鑭系元素。這類化學(xué)元素包含了部分稀土元素，被廣泛應(yīng)用于顯示屏、電池、磁體、造影劑和生物探針等領(lǐng)域?！拌|系元素是一種非常稀有的原材料，目前主要依賴從中國(guó)進(jìn)口。這就是為什么我們要嘗試從包括核廢料在內(nèi)的廢棄物中回收這種原材料。”Kvashnina解釋道。
這一構(gòu)想獲得歐盟高度重視。近日，由Kvashnina所領(lǐng)銜的名為“MaLaR——用于從核廢料中回收鑭系元素的新型2D-3D材料”的研究計(jì)劃已獲批230萬(wàn)歐元資助。在未來(lái)三年里，來(lái)自德國(guó)、法國(guó)、瑞典和羅馬尼亞的科研人員將在Kvashnina的帶領(lǐng)下，共同探索如何利用創(chuàng)新分離技術(shù)從核廢料中回收這些寶貴資源。
然而，從核廢料中回收鑭系元素的過(guò)程絕非易事。除了放射性元素帶來(lái)的基本安全風(fēng)險(xiǎn)外，核廢料處理還面臨一個(gè)特殊難題：其中的材料具有非常相似的化學(xué)反應(yīng)特性?！斑@使得很難找到一種方法只讓某一種元素發(fā)生反應(yīng)而不影響其他元素，從而實(shí)現(xiàn)單一元素的提取?！盞vashnina解釋說(shuō)?，F(xiàn)有的分離工藝不僅需要使用危險(xiǎn)化學(xué)品，而且能耗巨大，還會(huì)產(chǎn)生額外的廢物。
Kristina Kvashnina。圖源：DENIS MOREL/德累斯頓-羅森多夫赫爾姆霍茲中心
為此，MaLaR項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)計(jì)劃設(shè)計(jì)一種具有特異性吸附能力的新型三維材料，利用其表面吸附特性，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)元素的高效、環(huán)保、可持續(xù)分離。這一設(shè)想的理論基礎(chǔ)來(lái)自先前的研究發(fā)現(xiàn)：多孔碳材料——石墨烯氧化物不僅吸附性能遠(yuǎn)超現(xiàn)有工業(yè)吸附劑，其吸附效果還可以通過(guò)調(diào)節(jié)電子結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步提升。Kvashnina團(tuán)隊(duì)將深入研究這一機(jī)理，開(kāi)發(fā)基于石墨烯氧化物的新材料。
為確保研究順利推進(jìn)，該團(tuán)隊(duì)將整合多方優(yōu)勢(shì)資源。其合作成員在2D/3D材料開(kāi)發(fā)、基礎(chǔ)物理學(xué)和放射性元素化學(xué)等領(lǐng)域具有豐富經(jīng)驗(yàn)，還掌握著用于研究極微量鑭系元素的最新原位分析技術(shù)?！斑@個(gè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的團(tuán)隊(duì)讓我們能夠?qū)?shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、理論計(jì)算和材料開(kāi)發(fā)有機(jī)結(jié)合，形成完整的技術(shù)體系?！盞vashnina說(shuō)。
作為項(xiàng)目重要組成部分，研究人員還將在位于法國(guó)東南部格勒諾布爾市的歐洲同步輻射光源裝置（ESRF）的ROBL光束線上，利用強(qiáng)X射線對(duì)材料性能進(jìn)行測(cè)試?！拔覀儗⑾壤眠@種材料從合成元素混合物中提取單個(gè)元素，未來(lái)，這項(xiàng)技術(shù)可以推廣到各種應(yīng)用中?！盞vashnina強(qiáng)調(diào)，“誠(chéng)然，三年內(nèi)我們只能邁出回收利用的第一步，但如果我們成功了，應(yīng)用前景將很廣闊?！边@項(xiàng)技術(shù)的意義不僅在于實(shí)現(xiàn)核廢料中稀有原材料的回收利用，更重要的是可以通過(guò)分離不同壽命的同位素，為高放射性廢料建立更安全的分類儲(chǔ)存體系。
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