Đột phá vật liệu 'săn mồi' vi mô có thể khai thác uranium từ nước biển

3 giờ trướcBài gốc

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một vật liệu siêu nhỏ có khả năng bơi trong nước và tìm kiếm các ion urani. Ảnh: Shutterstock.

Một nhóm nghiên cứu quốc tế tại Trung Quốc đã phát triển một vật liệu vi mô dạng “kẻ săn mồi” có khả năng tự di chuyển trong nước để “săn” các ion uranium – một đột phá có thể mở ra triển vọng mới trong khai thác nhiên liệu hạt nhân và xử lý ô nhiễm phóng xạ.

Vật liệu này là một vi động cơ khung kim loại–hữu cơ (MOF) chạy bằng ánh sáng, do các nhà khoa học tại Viện Hồ Muối Thanh Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc phát triển. Nó có thể tự di chuyển trong nước đồng thời bắt giữ các ion uranium. Nghiên cứu đã được chấp nhận đăng ngày 24/3 trên tạp chí khoa học Nano Research.

Uranium là nhiên liệu vận hành các lò phản ứng hạt nhân. Dù nước biển chứa ước tính 4,5 tỷ tấn uranium, nồng độ của nó cực thấp, khiến việc khai thác vừa khó về kỹ thuật vừa tốn kém.

Đối với Trung Quốc – quốc gia đang nhanh chóng mở rộng đội lò phản ứng hạt nhân – thách thức này có ý nghĩa chiến lược lớn, bởi nước này vẫn phụ thuộc nhiều vào nguồn uranium nhập khẩu.

Ông Yongquan Zhou, trưởng nhóm nghiên cứu, cho biết: “Các nhà khoa học quốc tế đã nghiên cứu vi động cơ chạy bằng ánh sáng trước đây, nhưng rất ít nghiên cứu áp dụng chúng cho việc khai thác uranium.”

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hạt dạng bọt biển có kích thước chỉ khoảng 2 micromet – mỏng hơn nhiều so với sợi tóc người – và điều chỉnh cấu trúc hóa học bên trong để duy trì độ ổn định lâu dài trong nước.

Khi được cung cấp một lượng nhỏ hydrogen peroxide làm nhiên liệu, các vi động cơ này có thể tự di chuyển với tốc độ khoảng 7 micromet/giây. Dưới ánh sáng, tốc độ gần như tăng gấp đôi, tạo ra hiệu ứng “tăng tốc bằng năng lượng mặt trời”.

Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, các hạt chuyển động này đã khai thác uranium với hiệu suất cao, hấp thụ tới 406 mg mỗi gram vật liệu. Sau khi được thu giữ, uranium chuyển sang dạng khoáng ổn định, giúp việc tách và lưu trữ an toàn hơn.

Khác với các vật liệu hấp phụ truyền thống chỉ đứng yên chờ ion trôi qua, hệ thống mới chủ động di chuyển trong nước để tìm mục tiêu.

“Chúng có thể tự vận hành,” ông Zhou nói. “Các vật liệu truyền thống thì đứng yên, còn vi động cơ này tự di chuyển và chạy bằng ánh sáng, nên khá thân thiện với môi trường.”

Nhóm nghiên cứu còn quan sát thấy các hành vi tập thể giống hệ sinh học “kẻ săn mồi – con mồi”. Khi trộn các vi động cơ với các hạt thụ động, chúng thể hiện các mô hình giống “săn đuổi”, “trốn chạy” và di chuyển theo bầy khi nồng độ nhiên liệu thay đổi.

Theo ông Zhou, nghiên cứu chủ yếu do nhà khoa học Ikram Muhammad thực hiện. Công nghệ này trong tương lai có thể được điều chỉnh để thu hồi các nguyên tố chiến lược khác như rubidium và caesium.

Dù đầy hứa hẹn, công nghệ vẫn ở giai đoạn đầu và đối mặt nhiều trở ngại trước khi triển khai quy mô lớn.

“Trong các hồ muối, độ mặn quá cao khiến hệ thống không thể hoạt động,” ông Zhou cho biết. “Nghiên cứu khoa học cần thời gian và chúng tôi đang tiếp tục cải tiến.”

Hiện nay, các hồ muối ở Trung Quốc chủ yếu được khai thác để sản xuất kali và lithium, trong khi nhiều nguyên tố vi lượng vẫn bị bỏ phí do khó tách chiết về mặt kinh tế.

“Chúng ta không nên chỉ lấy kali và lithium rồi bỏ lại mọi thứ khác như chất thải,” ông nói. “Những tài nguyên như uranium, rubidium và caesium xứng đáng được quan tâm nhiều hơn.”

Theo SCMP

Huyền Chi

Nguồn VietTimes : https://viettimes.vn/dot-pha-vat-lieu-san-moi-vi-mo-co-the-khai-thac-uranium-tu-nuoc-bien-post197122.html