Các nhà nghiên cứu thuộc trường đại học Dartmouth đã phát triển một loại vật liệu mới, lần đầu tiên có thể loại bỏ Iốt khỏi nước. Phát minh này có giá trị quan trọng trong việc loại bỏ chất thải phóng xạ trong các lò phản ứng hạt nhân và sau các sự cố rò rỉ phóng xạ giống như tai nạn Fukushima tại Nhật Bản năm 2011.
Loại vật liệu có độ xốp nhỏ thế hệ mới này được thiết kế tại Dartmouth là kết quả của các phân tử hữu cơ nhỏ dính lại với nhau về mặt hóa học để tạo thành một cấu trúc dạng màng cho phép bắt giữ phân tử Iốt có trong nước.
“Đó là một cách thức đơn giản không tốn kém để loại bỏ đồng vị Iốt phóng xạ khỏi nước, nhưng các phương pháp hiện nay cho phép đại dương hoặc các dòng sông tự làm loãng chất thải phóng xạ nguy hiểm là một biện pháp khá rủi ro,” Phó giáo sư Chenfeng Ke, Viện Hóa học thuộc Dartmouth cho biết. “Chúng tôi không chắc chắn về tính hiệu quả của quá trình này, nhưng đây chắc chắn là một bước tiến về mặt hiểu biết về tiềm năng của phương pháp này.”
Đồng vị phóng xạ Iốt là một sản phẩm từ quá trình phân hạch hạt nhân và là một chất thải ô nhiễm trong trường hợp xảy ra sự cố rò rỉ phóng xạ giống như tai nạn Chernobyl (1986) và Fukushima (2011). Trong khi việc loại bỏ Iốt ở dạng khí là tương đối thông dụng, khi đó Iốt chưa bao giờ được loại bỏ khỏi nước trước khi nghiên cứu này được công bố.
“Chúng tôi đã giải quyết vấn đề khoa học hóc búa này bằng việc tạo ra một vật liệu xốp với độ kết tinh cao mà có độ bền hóa học ngay cả trong môi trường axit hoặc bazơ mạnh.” Phó giáo sư Chenfeng Ke cho biết. “Trong quá trình phát triển một loại vật liệu mà chống lại sự ô nhiễm môi trường, chúng tôi cũng tạo ra một phương pháp làm nền tảng cho một loại vật liệu hữu cơ xốp mới.”
Minh họa quá trình vật liệu mới hấp thụ đồng vị bền Iốt ở trong dung dịch muối
Nghiên cứu này, được xuất bản trong một ấn phẩm của tạp chí Hiệp hội hóa học Hoa Kỳ vào ngày 31 tháng 5, đã mô tả quá trình các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng mặt trời chiếu qua các liên kết phân tử nhỏ bé trong các tinh thể lớn để tạo ra loại vật liệu mới này. Phương pháp này khác so với phương pháp truyền thống kết hợp các phân tử trong ống nghiệm.
Trong suốt quá trình nghiên cứu, nồng độ của Iốt giảm từ 288 ppm xuống 18 ppm trong vòng 30 phút, và dưới 1 ppm sau 24 giờ. Kỹ thuật xâu chuỗi mềm này tạo ra một loại vật liệu có thể “hô hấp” được có khả năng thay đổi hình dạng và hấp thụ gấp đôi khối lượng của Iốt. Hợp chất này được cho là tương tự như chất đàn hồi, giúp nó có thể tái sử dụng và thậm chí có giá trị hơn trong việc làm sạch môi trường.
Cũng theo Phó giáo sư Ke, hợp chất này có thể sử dụng giống như việc sử dụng muối trong môi trường nước nhiễm bẩn. Khi mà nó nhẹ hơn nước, vật liệu này có thể nổi để hấp thụ Iốt và chìm xuống khi nó trở nên nặng hơn. Sau khi hấp thụ Iốt, hợp chất này có thể thu lại được, làm sạch và sử dụng lại trong khi các thành phần phóng xạ được tách ra để lưu giữ.
Quá trình nghiên cứu trong phòng thí nghiệm đã sử dụng đồng vị Iốt bền được hòa tan trong nước muối, nhưng các nhà nghiên cứu cho rằng phương pháp này cũng phát huy hiệu quả trong các điều kiện thực tế. Phó giáo sư Ke và nhóm của ông hy vọng rằng thông qua quá trình kiểm tra vật liệu này liên tục sẽ chứng minh tính hiệu quả đối với Cesium và các chất phóng xạ gây ô nhiễm khác liên quan tới các nhà máy điện hạt nhân.
“Đây sẽ là một việc lý tưởng để rửa sạch nhiều loại chất phóng xạ hơn là chỉ áp dụng cho Iốt – bạn có thể rửa sạch tất cả các loại chất phóng xạ chỉ trong 1 lần,” Phó giáo sư Ke cho hay.
Các nhà nghiên cứu thuộc nhóm vật liệu chức năng Ke của đại học Dartmouth cũng hy vọng rằng kỹ thuật này có thể được sử dụng để tạo ra các loại vật liệu sử dụng cho các loại chất ô nhiễm là hữu cơ hoặc vô cơ, cụ thể như các chất kháng sinh trong quá trình cấp nước mà có thể tạo ra các sinh vật vi mô siêu kháng.
Đoàn Mạnh Long, Phòng Giáo vụ và Đào tạo
Nguồn: https://www.sciencedaily.com/releases/2017/06/170607123756.htm