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      技術發展丨石墨烯在核退役治理中的潛在應用

      • 發布時間2024-01-05 11:59
      • 發布人金彩集團
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      莫斯科國立大學和庫爾恰托夫研究所的俄羅斯科學家與來自瑞典和德國的同事一起,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。

        這項研發工作由一個國際專家小組完成,他們成功合成了分子結構存在特定缺陷的氧化石墨烯,并對其進行了表征。這些缺陷將材料的吸附性能提高了15倍。

        庫爾恰托夫研究所的一名研究員稱,已經研究了氧化石墨烯對鈾的吸附機理,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,使用的是一種被稱為“漢默斯法”的反應。作者利用爆炸性熱分層工藝修改了這種生產氧化石墨烯的經典方法。結果,石墨烯的碳結構中出現了缺陷,這些缺陷“捕獲”了重金屬陽離子(即帶正電荷的陽離子)。

        在傳統的氧化石墨烯中,碳原子的結構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,氧對石墨烯的作用方式會造成許多不規則。鈾陽離子的吸附是由于羧基被置于位于缺陷氧化石墨烯結構空隙邊緣的氧原子上。氧化石墨烯的活性氧化會增加羧基的數量,從而提高其吸附性能。

        這種新材料就是專門為增加缺陷數量而開發的??茖W家利用功能強大的顯微鏡、X射線和光譜方法對其結構進行了詳細研究。

        包括氧化石墨烯在內的二維碳材料越來越多地應用于工業領域。托木斯克理工大學化學與生物醫學技術研究學院副教授帕維爾-波斯特尼科夫說,現在這個課題是科學界發展最快的課題之一,研究人員正在尋找這種材料的新應用。

        俄羅斯國立科技大學無機納米材料研究實驗室的主要研究員帕維爾-索羅金說,與生產成本高昂的石墨烯不同,氧化石墨烯的合成非常簡單。

        洛巴切夫斯基大學物理系理論物理教研室高級研究員安東-科納科夫副教授說,所提出的獲取這種物質的方法很容易擴大,可用于大規模生產用于水凈化的氧化石墨烯。

        圣彼得堡電工大學物理化學系副教授維亞切斯拉夫-阿爾米亞舍夫說,這項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,在這項研究中發現,邊緣羧基對含有放射性核素的離子有很高的吸附能力。研究人員開發出了一種制造高缺陷氧化石墨烯的技術,以增加吸附中心的數量,他們之前的假設得到了證實。

        英國核退役管理局(NDA)也認識到了石墨烯技術在幫助其實現遺留核場址退役和清污方面的潛在價值,認為石墨烯的一些新特性和石墨烯化合物可能會讓這種材料在退役治理方面有廣泛的應用空間。NDA目前已經在其官方網站發布題為《石墨烯及其相關化合物在核退役管理局退役任務中的潛在應用》(The Potential Applications of Graphene (and Related Compounds) Relevant to the NDA’s Decommissioning Mission)的報告。報告回顧了目前學術界和行業對石墨烯的研究,識別當前研究與NDA研發需求間的關系,主要章節包括石墨烯與核退役相關的特性、石墨烯研究領域、石墨烯研究領域與NDA退役研發需求間的關系;石墨烯在核退役應用中的局限等。

      來源:核環保知識局

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