核能的生產(chǎn)和使用會(huì)產(chǎn)生大量的放射性廢物。由于其對(duì)所有生物和環(huán)境的毒性，這種廢物的處置受到嚴(yán)格監(jiān)管。

為應(yīng)對(duì)人類(lèi)對(duì)核能需求的迅速增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)新材料和新技術(shù)將在發(fā)展復(fù)雜的核能系統(tǒng)方面發(fā)揮重要作用。

技術(shù)創(chuàng)新對(duì)于廢物和環(huán)境管理至關(guān)重要。這項(xiàng)技術(shù)成就涉及開(kāi)發(fā)可用于安全處置、分類(lèi)、儲(chǔ)存和跟蹤放射性核廢料的材料。

最近受到廣泛關(guān)注的納米材料和納米技術(shù)的廣泛潛在用途可能有助于安全核能系統(tǒng)的發(fā)展及其安全處置。本文探討了納米技術(shù)在安全處置核廢料中的相關(guān)性。

目前在實(shí)踐中清除核廢料的技術(shù)有哪些?

放射性核素由于其極長(zhǎng)的半衰期而成為核廢料清理或去污的主要問(wèn)題。研究人員提出了幾種清潔可溶性放射性核素的技術(shù)，包括膜分離、離子交換和化學(xué)沉淀。

當(dāng)前的廢水處理和固體廢物處置程序不適合處理放射性廢水。此外，廢水中某些放射性核素的含量可能大大低于其他成分的含量。因此，需要高效的選擇性去除。

隨著納米材料和納米技術(shù)的出現(xiàn)，工業(yè)現(xiàn)在可以在納米尺度上設(shè)計(jì)和制造新的專(zhuān)用功能材料。納米材料獨(dú)特的物理和化學(xué)特性，包括納米級(jí)效應(yīng)、高化學(xué)反應(yīng)性和更大的比表面積，使其成為放射性核廢料安全處置的絕佳選擇。

用于凈化核廢料的技術(shù)?

目前正在使用不同類(lèi)型的納米材料來(lái)清除核廢料或去除放射性成分。吸附以其在去除廢水中可溶性物質(zhì)方面的出色性能而聞名。

由于其較高的比表面積和穩(wěn)定的納米結(jié)構(gòu)，納米材料具有很好的多種界面相互作用的傾向。這是廢水中可溶性放射性核素比標(biāo)準(zhǔn)材料高效選擇性吸附所必需的。

發(fā)表在《環(huán)境科學(xué)納米》雜志上的一篇文章討論了納米技術(shù)中用于核廢料凈化的各種技術(shù)。清潔核廢料的最有效方法之一是使用碳納米管 (CNT)。

碳基納米材料在核廢料凈化中的作用

碳納米管由于其特殊的物理化學(xué)性質(zhì)，有可能與其他原子一起穩(wěn)定。發(fā)現(xiàn) CNT 在用作吸附劑時(shí)能夠從核廢料流中分離放射性核素。

為了提高碳納米管的吸附能力，對(duì)其表面的化學(xué)改性已被廣泛研究，以在碳納米管表面產(chǎn)生大量的官能團(tuán)，從而更好地去除放射性核素。

除了用作化學(xué)吸附劑的碳納米管外，它們還被用作電開(kāi)關(guān)離子交換劑，以去除核廢水中的放射性銫離子。

氧化石墨烯(GO)具有巨大的表面積和表面上高濃度的含氧官能團(tuán)。由于從外層突出的氧基團(tuán)提供了錨定位點(diǎn)，放射性核素可以很容易地添加到 GO 中。

通過(guò)功能化 GO 或?qū)⑵渑c具有邏輯定義特性的其他功能材料結(jié)合，可以顯著提高吸附。這減少了 GO 聚集并增加了其在核廢水中的分散。

然而，在該應(yīng)用中使用氧化石墨烯存在一些問(wèn)題。其對(duì)放射性陰離子的低吸附性和在其表面上存在幾個(gè)官能團(tuán)意味著如果要與放射性陽(yáng)離子一起使用，GO 必須用陰離子親和性進(jìn)行表面改性。

由于其強(qiáng)大的晶面接觸，GO 傾向于形成聚集體。大量的 GO 表面積損失，限制了該技術(shù)在廢水處理中的使用。為了提高氧化石墨烯的吸附能力，納米聚合物已被接枝到 GO 的表面以避免自聚集。

使用納米粒子修飾的微型機(jī)器人清理核廢料

研究人員在他們發(fā)表在ACS Nano上的文章中討論了使用微型自走式微型機(jī)器人從核廢水中去除放射性成分的可能性。

由于它們能夠?qū)O強(qiáng)的吸附特性與在液體介質(zhì)中的快速自主移動(dòng)相結(jié)合，這些微型機(jī)器人在核廢料的清理方面具有很大的前景。

研究人員使用直徑約為人類(lèi)頭發(fā) 1/15 的 ZIF-8 棒來(lái)構(gòu)建這些微型機(jī)器人。他們使用鐵原子和氧化鐵納米粒子來(lái)穩(wěn)定和磁化地層。水中的過(guò)氧化氫“燃料”被轉(zhuǎn)化為氧氣氣泡，從而以每秒 60 倍于自身長(zhǎng)度的速度推動(dòng)微型機(jī)器人。

在一小時(shí)內(nèi)，微型機(jī)器人從模擬的放射性廢水中回收了 96% 的鈾。科學(xué)家們使用磁鐵來(lái)捕獲裝有鈾的棒，使它們能夠被回收利用。研究人員認(rèn)為，這些微型機(jī)器人可能有助于管理和修復(fù)放射性廢物。

核能納米技術(shù)的未來(lái)

目前正在研究基于金屬、纖維素、生物、羥基磷灰石和天然納米材料的多種納米材料，以了解它們?cè)谇謇砗藦U料中的潛在用途。

當(dāng)前與納米技術(shù)在清潔核廢料方面相關(guān)的挑戰(zhàn)包括成本和大規(guī)模應(yīng)急應(yīng)用、環(huán)境影響、再生和可重復(fù)使用性、功能化和分離效率。

盡管已經(jīng)使用多種技術(shù)來(lái)清理核廢料，但仍需要進(jìn)行廣泛的研究來(lái)克服與全球核計(jì)劃快速擴(kuò)展相關(guān)的問(wèn)題。

關(guān)鍵詞： 納米技術(shù) 清除核廢料 微型機(jī)器人 氧化石墨烯