氧化石墨烯可快速清除水中放射性物质

据物理学家组织网1月8日报道，美国莱斯大学和俄罗斯莫斯科国立罗蒙诺索夫大学的研究人员发现，氧化石墨烯具有非凡的吸附能力，能够快速除去污染水体中的放射性物质。相关研究报告发表在近期出版的英国皇家化学学会《物理化学·化学物理学》杂志上。

科学家确定，原子厚度的氧化石墨烯薄片能快速地吸附在天然和人造的放射性核素上，并凝结成固体。这种薄片能够溶于液体之中，也能轻易地大批量生产。氧化石墨烯会在导入模拟核废物的数分钟内凝固，迅速聚集最致命的毒素废物，这一过程也将跨越多个pH值。

在此项研究中，研究人员主要致力于去除锕系元素和镧系元素等放射性同位素。也就是从液体中而非固体或气体中除去元素周期表中的30个稀土元素。虽然这些同位素并不亲水，但却可以隐匿于水中。而从人类健康和环境保护角度来看，这可谓是它们最不受欢迎的聚集地。

事实上，天然生成的放射性核素也不怎么受欢迎，因为压裂流体会在钻井过程中将它们带到表层。当地下水也从钻井中流出，且放射性元素超过一定水平时，就会因高温而不能再输送回土壤中。此时就需要将受污染的水体运送至其他地方进行储存和处理，随之而来的则是大笔的开销。而使用氧化石墨烯能快速过滤放射性污染物，显著降低水力压裂法等油气回收方式的成本，对清理福岛核电站等区域的污染水源大有裨益。此外，采矿业也将收获潜在的利益。基于对环境的担忧，美国之前基本中断了稀土金属的开采，而其对于手机制造而言十分重要。

虽然氧化石墨烯的较大表面积决定了其吸附毒素的能力很强，但吸收速度之快仍出乎科研人员所料。这一速度具体由污染物的构成所决定。对此，科学家以包含铀和钚的模拟核废物以及钠和钙等可负面影响氧化石墨烯吸收效应的物质进行了测试。即使如此，氧化石墨烯也被证明效用要明显优于膨润土和活性炭等常用的核清理剂。

研究人员还强调，捕获放射性核素并不会减弱它们的放射性，而是使其更易被处理。以福岛核电站附近的区域为例，可通过将氧化石墨烯添加到以离子状态存在的放射性物质溶液中，得到固体的核物质，并对其进行焚烧。在此过程中，氧化石墨烯会快速燃烧，仅剩下块状的放射性物质，便于重复利用。而低成本和可生物降解的特质也使氧化石墨烯成为了渗透性反应墙技术的合适之选，这对于原位地下水的修复而言具有相当的意义。