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技術(shù)發(fā)展丨石墨烯在核退役治理中的潛在應(yīng)用

  • 發(fā)布時(shí)間2024-01-05 11:59
  • 發(fā)布人金彩集團(tuán)
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莫斯科國(guó)立大學(xué)和庫(kù)爾恰托夫研究所的俄羅斯科學(xué)家與來(lái)自瑞典和德國(guó)的同事一起，將石墨烯的吸附性能提高了15倍，從而提高了其從水中清除放射性核素的能力。

　　這項(xiàng)研發(fā)工作由一個(gè)國(guó)際專(zhuān)家小組完成，他們成功合成了分子結(jié)構(gòu)存在特定缺陷的氧化石墨烯，并對(duì)其進(jìn)行了表征。這些缺陷將材料的吸附性能提高了15倍。

　　庫(kù)爾恰托夫研究所的一名研究員稱(chēng)，已經(jīng)研究了氧化石墨烯對(duì)鈾的吸附機(jī)理，以確定哪種合成方法可以獲得最有效的材料。

　　這種化合物是用還原氧化石墨烯制備的，使用的是一種被稱(chēng)為“漢默斯法”的反應(yīng)。作者利用爆炸性熱分層工藝修改了這種生產(chǎn)氧化石墨烯的經(jīng)典方法。結(jié)果，石墨烯的碳結(jié)構(gòu)中出現(xiàn)了缺陷，這些缺陷“捕獲”了重金屬陽(yáng)離子（即帶正電荷的陽(yáng)離子）。

　　在傳統(tǒng)的氧化石墨烯中，碳原子的結(jié)構(gòu)是由相連的六邊形組成的平面（二維）“薄片”，氧位于其表面。在上述 “有缺陷”的氧化物中，氧對(duì)石墨烯的作用方式會(huì)造成許多不規(guī)則。鈾陽(yáng)離子的吸附是由于羧基被置于位于缺陷氧化石墨烯結(jié)構(gòu)空隙邊緣的氧原子上。氧化石墨烯的活性氧化會(huì)增加羧基的數(shù)量，從而提高其吸附性能。

　　這種新材料就是專(zhuān)門(mén)為增加缺陷數(shù)量而開(kāi)發(fā)的?？茖W(xué)家利用功能強(qiáng)大的顯微鏡、X射線和光譜方法對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)研究。

　　包括氧化石墨烯在內(nèi)的二維碳材料越來(lái)越多地應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。托木斯克理工大學(xué)化學(xué)與生物醫(yī)學(xué)技術(shù)研究學(xué)院副教授帕維爾-波斯特尼科夫說(shuō)，現(xiàn)在這個(gè)課題是科學(xué)界發(fā)展最快的課題之一，研究人員正在尋找這種材料的新應(yīng)用。

　　俄羅斯國(guó)立科技大學(xué)無(wú)機(jī)納米材料研究實(shí)驗(yàn)室的主要研究員帕維爾-索羅金說(shuō)，與生產(chǎn)成本高昂的石墨烯不同，氧化石墨烯的合成非常簡(jiǎn)單。

　　洛巴切夫斯基大學(xué)物理系理論物理教研室高級(jí)研究員安東-科納科夫副教授說(shuō)，所提出的獲取這種物質(zhì)的方法很容易擴(kuò)大，可用于大規(guī)模生產(chǎn)用于水凈化的氧化石墨烯。

　　圣彼得堡電工大學(xué)物理化學(xué)系副教授維亞切斯拉夫-阿爾米亞舍夫說(shuō)，這項(xiàng)新工作是作者們研究氧化石墨烯吸附能力工作的合理延續(xù)，在這項(xiàng)研究中發(fā)現(xiàn)，邊緣?mèng)然鶎?duì)含有放射性核素的離子有很高的吸附能力。研究人員開(kāi)發(fā)出了一種制造高缺陷氧化石墨烯的技術(shù)，以增加吸附中心的數(shù)量，他們之前的假設(shè)得到了證實(shí)。

　　英國(guó)核退役管理局（NDA）也認(rèn)識(shí)到了石墨烯技術(shù)在幫助其實(shí)現(xiàn)遺留核場(chǎng)址退役和清污方面的潛在價(jià)值，認(rèn)為石墨烯的一些新特性和石墨烯化合物可能會(huì)讓這種材料在退役治理方面有廣泛的應(yīng)用空間。NDA目前已經(jīng)在其官方網(wǎng)站發(fā)布題為《石墨烯及其相關(guān)化合物在核退役管理局退役任務(wù)中的潛在應(yīng)用》（The Potential Applications of Graphene (and Related Compounds) Relevant to the NDA’s Decommissioning Mission）的報(bào)告。報(bào)告回顧了目前學(xué)術(shù)界和行業(yè)對(duì)石墨烯的研究，識(shí)別當(dāng)前研究與NDA研發(fā)需求間的關(guān)系，主要章節(jié)包括石墨烯與核退役相關(guān)的特性、石墨烯研究領(lǐng)域、石墨烯研究領(lǐng)域與NDA退役研發(fā)需求間的關(guān)系；石墨烯在核退役應(yīng)用中的局限等。

來(lái)源：核環(huán)保知識(shí)局