8月19日，浦項(xiàng)科技大學(xué)宣布，由先進(jìn)核工程系和環(huán)境工程系嚴(yán)友容教授領(lǐng)導(dǎo)的研究小組開發(fā)出一種石墨烯技術(shù)，可在液態(tài)下分離放射性廢水中的氚。該研究作為解決福島核電站污染水等全球放射性廢水問題的新方案備受關(guān)注，相關(guān)成果近日在線發(fā)表于美國化學(xué)學(xué)會出版的材料領(lǐng)域國際學(xué)術(shù)期刊《ACS Applied Materials & Interfaces》上。

氚是核電站產(chǎn)生的放射性氫，主要以水分子形式存在，進(jìn)入人體會發(fā)射內(nèi)部輻射，需嚴(yán)格管理。此前，氚只能在氣態(tài)下分離，去除液相中的氚是一大難題。

研究團(tuán)隊(duì)將目光聚焦于石墨烯。石墨烯僅一層原子厚，具有特殊分離能力，只允許質(zhì)子通過，可阻擋包括氚在內(nèi)的其他放射性核素。研究中，團(tuán)隊(duì)用聚四氟乙烯(PTFE)基膜浸漬Nafion，提高聚合物電解質(zhì)膜Nafion在水溶液中的尺寸穩(wěn)定性，再將石墨烯轉(zhuǎn)移到Nafion上制成最終分離膜。施加電場時(shí)，較輕的氫離子(H?)迅速穿膜，較重的氘(²H)和氚(³H)無法穿膜而被濃縮，這表明相對較重的氫同位素移動時(shí)遇更大能量障礙，移動受抑制。此時(shí)，氫和氘通過石墨烯的分離系數(shù)達(dá)6，擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)顯示氚穿膜速度比質(zhì)子慢3.1倍。

該技術(shù)最大優(yōu)勢在于，即使在室溫下的液態(tài)環(huán)境，如核電站廢水，也能實(shí)現(xiàn)高水平分離。現(xiàn)有商業(yè)化技術(shù)如低溫蒸餾和催化交換，分離系數(shù)低、工藝成本高昂。而將這種膜應(yīng)用于聚合物電解質(zhì)膜電解(PEMWE)工藝，氚可在室溫下以液態(tài)形式被過濾出來，有望有效且安全地處理全球核電站放射性廢水，包括福島污染水。

嚴(yán)宇鏞教授稱，該技術(shù)對解決核電和核聚變工業(yè)中的放射性廢水問題及氚的利用大有裨益。第一作者金孝珠表示，研究闡明了石墨烯在電遷移和擴(kuò)散條件下對氫同位素分離的不同影響，將為利用二維材料開發(fā)同位素分離技術(shù)奠定重要基礎(chǔ)。該研究獲區(qū)域核工業(yè)能源技術(shù)共享大學(xué)項(xiàng)目支持。