Vật liệu siêu nhỏ- Làm sách các đồng vị chất phóng xạ trong nước

Các nhà nghiên cứu tại trường cao đẳng Dartmouth đã phát triển một vật liệu mới để loại bỏ iốt từ nước ngay trong lần đầu tiên. Bước đột phá có thể là chìa khóa để làm sạch chất thải phóng xạ trong các lò phản ứng hạt nhân và sau vụ tai nạn hạt nhân như thảm họa Fukushima năm 2011.

Vật liệu siêu nhỏ – microporous thế hệ mới được thiết kế tại trường đại học Dartmouth là kết quả của quá trình nghiên cứu tiến hành liên kết các phân tử hữu cơ nhỏ để tạo thành một khung làm sạch các đồng vị chất phóng xạ trong nước.

Theo ông Chenfeng Ke – Trợ lý giáo sư tại khoa Hóa học tại Đại học Dartmouth cho biết, hiện nay không có cách nào loại bỏ được i-ốt phóng xạ ra khỏi nước, các phương pháp hiện tại được áp dụng lại có những tác động nguy hiểm đến đại dương hoặc sông khi các chất này ngấm vào sông và đại dương. Nghiên cứu mới của nhóm sẽ là những bước đầu tiên kiểm nghiệm tính hiệu quả cũng như tiềm năng của việc xử lý chất đồng vị trong nước.

Iốt phóng xạ là một sản phẩm phụ thông thường của sự phân hạch hạt nhân và là một chất gây ô nhiễm trong các thảm hoạ hạt nhân bao gồm thảm họa gần đây tại Nhật Bản và thảm họa Chernobyl năm 1986. Trong khi loại bỏ iốt trong pha khí là tương đối phổ biến, nhưng trong pha lỏng iốt chưa bao giờ được lấy ra từ nước trước khi có nghiên cứu của Đại học Dartmouth.

Ông Chenfeng Ke cũng cho biết: “Chúng tôi đã giải quyết được vấn đề khoa học khi tạo ra một vật liệu xốp có độ kết tinh cao và ổn định về mặt hóa học trong nước có tính acid hoặc nước cơ bản. Trong quá trình phát triển một vật liệu chống lại ô nhiễm môi trường, chúng tôi cũng tạo ra một phương pháp mở đường cho một lớp vật liệu hữu cơ xốp mới.”

Iốt phóng xạ là một sản phẩm phụ thông thường của sự phân hạch hạt nhân và là một chất gây ô nhiễm trong các thảm hoạ hạt nhân như thảm họa gần đây tại Nhật Bản và thảm họa Chernobyl năm 1986. Trong khi loại bỏ iốt trong pha khí là tương đối phổ biến, iốt chưa bao giờ được lấy ra từ nước trước khi nghiên cứu Dartmouth.

Ông Chenfeng Ke cho biết: “Chúng tôi đã giải quyết được giải pháp khoa học khó khăn này khi tạo ra một vật liệu xốp có độ kết tinh cao và ổn định về mặt hóa học trong môi trường nước có tính axit hoặc nước bình thường. Điều đặc biệt là trong quá trình phát triển một vật liệu chống lại ô nhiễm môi trường,  nhóm nghiên cứu đã tạo ra một phương pháp mới mở đường cho một lớp vật liệu hữu cơ xốp mới.” 

Nghiên cứu mới này đã được công bố trên tạp chí Khoa học Hóa học Hoa Kỳ (Journal of the American Chemical Society) vào ngày 21 tháng 5 năm 2017.Trong bài nghiên cứu đã mô tả cách các nhà nghiên cứu sử dụng ánh sáng mặt trời chiếu vào các phân tử nhỏ trong các tinh thể lớn để tạo ra vật liệu mới. Cách tiếp cận này khác với phương pháp truyền thống của việc kết hợp các phân tử trong một môi trường ánh sáng và không khí cùng với vật liệu được tạo ra do nhóm nghiên cứu.

Trong suốt quá trình nghiên cứu, nồng độ của đồng vị I ốt đã giảm xuống từ 288ppm đến 18ppm trong vòng 30 phút và xuống tới dưới 1ppm sau 1 giờ. Kết quả kĩ thuật của nhóm nghiên cứu là một vật liệu nhạy khí có khả năng thay đổi hình dạng và hấp thụ một lượng iot gấp đôi trọng lượng của nó. Hợp chất này có tính đàn hồi và có thể tái sử dụng, rất thân thiện với môi trường.

Theo ông Ke, hợp chất này có thể sử dụng theo cách tương tự như việc sử dụng muối vào nước bị ô nhiễm. Vì nó nhẹ hơn nước, vật liệu này trôi nổi để hấp thụ iodine và sau đó chìm xuống khi nó trở nên nặng hơn. Sau khi hấp thụ đồng vị iốt, hợp chất này có thể được thu thập, làm sạch và sử dụng lại trong khi các nguyên tố đồng vị phóng xạ thu thập dược được gửi đi để lưu trữ, bảo quản an toàn.

Hiện nay, nghiên cứu này đang được áp dụng trong điều kiện phòng thí nghiệm, nhưng các nhà nghiên cứu nói rằng phương pháp này cũng sẽ tiến hành trong điều kiện thực tế. Ông Ke và nhóm nghiên cứu hy vọng rằng, thông qua việc tiếp tục thử nghiệm vật liệu sẽ chứng minh hiệu quả trong việc loại bỏ hàng loạt các chất phóng xạ ô nhiễm khác liên quan đến các nhà máy hạt nhân. Trên cơ sở đó, nghiên cứu này cũng có thể được sử dụng để tạo ra các vật liệu để hướng tới các loại chất ô nhiễm vô cơ và hữu cơ khác, đặc biệt là kháng sinh trong nguồn nước có thể dẫn tới việc tạo ra các vi sinh siêu kháng.
>>>Xem thêm: Làm sạch nước lũ bằng bóng vi sinh tại Thái Lan