Trung Quốc nghiên cứu phát triển kỹ thuật mới để chiết xuất uranium từ nước biển

Các nhà khoa học tại Viện vật lý hóa học Đại Liên (Trung Quốc) đã thực hiện nghiên cứu trên và công bố trên tạp chí Advanced Functional Materials hồi tháng trước. Họ cho biết: “Toàn bộ quy trình chuẩn bị rất đơn giản và dễ vận hành, tiết kiệm chi phí và dễ mở rộng quy mô”.

Các nhà khoa học ước tính rằng trữ lượng uranium trên đất liền được sử dụng làm nhiên liệu trong lò phản ứng hạt nhân chỉ có thể đáp ứng nhu cầu năng lượng hạt nhân trong một thế kỷ. Còn trữ lượng uranium ở đại dương có thể cung cấp năng lượng cho thế giới trong hơn một thiên niên kỷ. Tuy nhiên, việc chiết xuất các ion từ nước biển gặp nhiều rào cản vì các đại dương trên trái đất nồng độ uranium cực thấp, với 1 tấn nước biển chỉ chứa 3,3 mg uranium và sự hiện diện của nhiều ion hòa lẫn trong môi trường biển.

Bên cạnh đó, việc khử cacbon cho lưới điện toàn cầu là rất quan trọng để đạt được mục tiêu giảm phát thải. Một trong những biện pháp để hiện thực hóa điều đó là tăng cường sử dụng năng lượng hạt nhân. Trung Quốc hiện xây dựng nhiều nhà máy điện hạt nhân hơn bất kỳ quốc gia nào khác, song quặng uranium của nước này có chất lượng thấp và phải phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu.

Để giải quyết các thách thức trên, các nhà nghiên cứu nhận định: “Việc khai thác các nguồn uranium phi truyền thống sẽ mang lại lợi ích to lớn cho việc sản xuất điện bền vững”. Nhóm nghiên cứu cho biết trong những năm gần đây, việc sử dụng vật liệu có khả năng thấm hút cao ngày càng trở nên phổ biến do hiệu quả cao, chi phí thấp và dễ sản xuất.

Theo đó, nhóm nghiên cứu phát hiện polyamidoxime – một loại vật liệu polyme có phản ứng cao với kim loại – đã “chứng tỏ tiềm năng đặc biệt trong việc thu giữ uranium từ nước biển tự nhiên”. Để biến polyamidoxime thành vật liệu xốp và thấm hút, nhóm nghiên cứu đã sử dụng phương pháp đúc sáp để tạo ra các hạt hydrogel – một loại polymer ưa nước.

Polyamidoxime sẽ được hòa tan trong nước, sau đó đổ sáp nến nóng chảy vào và trộn đều. Sau khi nguội, nước được loại bỏ khỏi sáp đông đặc và thu về sáp chiết xuất.

Vật liệu còn lại được nghiền thành các hạt nhỏ, tạo thành các hạt hydrogel có “hình thái giống miếng pho mát đặc biệt” do có nhiều lỗ rỗng lớn. Nhóm nghiên cứu bọc các hạt trong axit alginate polyacrylic – một loại polymer tổng hợp có đặc tính hấp thụ nước tốt – tạo thành các quả cầu hấp thụ có đường kính khoảng 3 mm.

Các hạt thu được có khả năng hấp thụ cao, phản ứng vật chất và độ chọn lọc tốt đối với các ion uranium. Theo các nhà nghiên cứu, kết quả thử nghiệm đã chứng minh được “tiềm năng đáng kể” của các hạt này trong việc thu giữ uranium từ nước biển tự nhiên.