Trung Quốc phát triển vật liệu siêu nhỏ có thể 'săn' uranium trong nước biển

Các nhà nghiên cứu đã phát triển một loại vật liệu siêu nhỏ có khả năng di chuyển trong nước và “săn” các ion uranium. Ảnh minh họa: Shutterstock

Theo báo Bưu điện Hoa Nam buổi sáng, nghiên cứu do nhóm nhà khoa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS) thực hiện đã được chấp nhận đăng trên tạp chí khoa học Nano Research hôm 24/3. Vật liệu mới là một vi động cơ cấu trúc khung kim loại - hữu cơ (MOF) có thể tự bơi trong nước và hấp thụ uranium dưới tác động của ánh sáng.

Uranium là nhiên liệu chính cho các lò phản ứng hạt nhân. Dù ước tính nước biển chứa khoảng 4,5 tỷ tấn uranium, nhưng nồng độ của nguyên tố này cực thấp, khiến việc khai thác gặp nhiều trở ngại kỹ thuật và chi phí rất cao.

Đối với Trung Quốc, quốc gia đang mở rộng nhanh chóng hạm đội sử dụng điện hạt nhân, vấn đề này mang ý nghĩa chiến lược khi nước này vẫn phụ thuộc lớn vào nguồn uranium nhập khẩu.

Ông Yongquan Zhou, trưởng nhóm nghiên cứu tại Viện Hồ muối Thanh Hải thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc, cho biết các nhóm nghiên cứu quốc tế trước đây từng phát triển vi động cơ chạy bằng ánh sáng, nhưng rất ít nghiên cứu tập trung vào việc khai thác uranium.

Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hạt vật liệu dạng xốp có kích thước chỉ khoảng 2 micromet, nhỏ hơn nhiều so với sợi tóc người. Cấu trúc hóa học bên trong được điều chỉnh để duy trì độ ổn định trong nước trong thời gian dài.

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 mỗi giây. Dưới tác động của ánh sáng, tốc độ gần như tăng gấp đôi, tạo ra hiệu ứng tăng tốc nhờ năng lượng mặt trời.

Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, vật liệu này có thể hấp thụ tới 406 miligam uranium trên mỗi gram vật liệu. Sau khi bị thu giữ, uranium được chuyển thành dạng khoáng hóa ổn định hơn, giúp việc tách chiết và lưu trữ an toàn dễ dàng hơn.

Khác với các vật liệu hấp phụ truyền thống vốn đứng yên và chờ ion uranium trôi qua, hệ thống mới chủ động di chuyển để tìm mục tiêu. Ông Zhou cho biết vi động cơ này có thể tự vận hành và sử dụng ánh sáng làm nguồn năng lượng, giúp công nghệ thân thiện môi trường hơn so với nhiều phương pháp hiện nay.

Ngoài khả năng hấp thụ uranium, nhóm nghiên cứu còn ghi nhận các hành vi tập thể của vật liệu này giống hệ sinh thái săn mồi trong tự nhiên. Khi được trộn với các hạt vi mô thụ động, các vi động cơ xuất hiện những mô hình giống “truy đuổi”, “né tránh” và di chuyển theo bầy đàn tùy theo nồng độ nhiên liệu.

Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này trong tương lai có thể được điều chỉnh để thu hồi các nguyên tố chiến lược khác như rubidium và caesium.

Tuy nhiên, các nhà khoa học thừa nhận công nghệ vẫn đang ở giai đoạn đầu và còn nhiều rào cản trước khi có thể triển khai quy mô lớn. Ông Zhou cho biết trong môi trường hồ muối có độ mặn quá cao, các vi động cơ hiện chưa thể hoạt động hiệu quả.

Trung Quốc hiện khai thác các hồ muối chủ yếu để sản xuất kali và lithium, trong khi nhiều nguyên tố vi lượng khác vẫn chưa được tận dụng vì khó tách chiết với chi phí hợp lý.

Theo giới nghiên cứu, nếu công nghệ mới được hoàn thiện, nó có thể giúp mở rộng nguồn cung uranium cho ngành năng lượng hạt nhân, đồng thời hỗ trợ xử lý nước ô nhiễm phóng xạ trong tương lai.