中國核技術網訊：核能繼續在全球范圍內擴張，部分原因是它在提供穩定電力輸出的同時，很少產生溫室氣體排放。但隨著核電站的擴建，冷卻這些核電站所需的大量水也越來越需要處理，這些水被放射性同位素污染，需要進行長期的特殊處理。
現在，麻省理工學院想出一種新方法，通過大幅度減少需要處理的受污染水的體積，而不是集中于處于污染物，并允許其余的水通過工廠的冷卻系統循環使用。相關論文發表在《環境科學與技術》雜志上，論作者是研究生Mohammad Alkhadra、化學工程教授Martin Bazant和其他三個人。
該方法利用了一種叫做激波電滲析的過程，利用電場在水中產生去離子化沖擊波。沖擊波將帶電粒子或離子推到一個充滿帶電多孔材料的管道的一側，這樣高濃度的污染物就可以從其余的水中分離出來。研究小組發現，可以從含有硼酸和鋰的水中選擇性地去除兩種放射性核素污染物——鈷和銫的同位素。當水流中的鈷和銫污染物被清除后，可以在反應器中重復使用。
激波電滲析法最初是由Bazant和他的同事開發的，作為一種從水中除鹽的通用方法，四年前他們的第一個可擴展的原型就展示了這一點。現在，這個團隊已經把重點放在這個更具體的應用上，它可以幫助改善運行中的核電站的經濟效益和環境影響。除此之外，他們還在繼續開發一種去除飲用水中鉛等其他污染物的系統。
Bazant說，這種新系統不僅便宜，而且可擴展到更大的尺寸，而且在原則上它還可以處理各種污染物。“這是一個單一的設備，可以執行任何特定的應用程序的整個范圍的分離。”他說。
在他們早期的海水淡化工作中，研究人員通過測量海水的導電性來確定去除了多少鹽。從那以后的幾年里，該團隊開發了其他方法來檢測和量化濃縮放射性廢物和凈水中的成分。
Bazant說:“我們仔細測量所有進出的物質的成分。“這確實為我們的研究開辟了一個新的方向。”他們開始專注于分離過程，因為這十分有用，或濃縮出的材料有很高的價值，無論是重復使用或抵消處置成本。
他們開發的方法適用于海水淡化，但這是一個相對能源密集型的應用過程。當該方法用于離子選擇性分離，如從核電站冷卻水等稀流中分離時，能量成本會顯著降低。Bazant說，對于這種同樣需要昂貴處理費用的應用，這種方法在經濟上是有意義的。這種方法也達到了團隊的兩個目標:處理高價值的材料和幫助保護健康。另一參與者Alkhadra說，應用的規模也很可觀——一個大型核電站每年可以通過它的冷卻系統循環大約1000萬立方米的水。
在對該系統的測試中，研究人員使用了模擬的核廢水，其配方是由三菱重工提供的。在該團隊的測試中，經過三個階段的分離過程，他們能夠去除水中99.5%的鈷放射性核素，同時保留了大約43%的清潔水，這樣就可以重復使用。研究小組發現，如果清潔水平降低到去除污染物的98.3%，多達三分之二的水可以重復使用。
Bazant說，雖然整體方法有許多潛在的應用，但核廢水分離是“我們認為我們可以解決的第一個問題之一(用這種方法)，沒有其他解決方案。”他補充說，目前還沒有其他實用的、連續的、經濟的方法來分離鈷和銫的放射性同位素，而這是核廢水的兩種主要污染物。
這一方法在用于日常清理的同時，在處理更極端的情況下它也可以產生很大影響,如在日本，福島核電站泄露致使數百萬加侖的水受污染，為防止泄漏到鄰近的太平洋，累積起來的受污染的水威脅著密封系統。盡管新系統迄今為止只在小得多的規模上進行了測試，Bazant表示，基于這種方法的大規模凈化系統可能在“幾年內”實現。
研究團隊還包括麻省理工學院博士后Kameron Conforti、Tao Gao和研究生Huanhuan Tian。
(中國核技術網 責任編輯：蘇澤)
