Kärnenergi har länge betraktats som en nästa generations energikälla, och stora länder runt om i världen tävlar om att säkra spjutspetsteknik genom att utnyttja kärnkraftens höga ekonomiska effektivitet och hållbarhet. Uran, som är avgörande för kärnkraftsproduktion, har dock allvarliga konsekvenser för både markekosystemen och människors hälsa.
Trots att uran är ett viktigt radioaktivt material utgör det betydande hälsorisker på grund av dess kemiska toxicitet för njurar, ben och celler. Som ett resultat rekommenderar både U.S. Environmental Protection Agency och Världshälsoorganisationen att tillåta och förespråka att urankoncentrationerna i avloppsvatten ska vara under 30 μg/L.
Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) har bedrivit forskning om en nanomaterialbaserad adsorptionsprocess för att effektivt ta bort uranavloppsvatten som extraherats från faktisk radioaktivt förorenad jord. De har också föreslagit dess tillämplighet för att förhindra sekundära miljöföroreningar.
Radioaktivt avloppsvatten, en oundviklig biprodukt av kärnenergiproduktion, kräver efterbehandling för att minimera ekologisk påverkan och tillhörande risker. Även om denna process innebär invecklade procedurer och betydande kostnader, har olika metoder använts för att behandla radioaktivt avloppsvatten från uranförorenad jord. Dessa metoder inkluderar kemisk utfällning, förångning, elektrokemiska tekniker, membranseparation och adsorption/jonbyte.
Bland dessa är kemisk utfällning med användning av injicerade kemiska medel vanligen använd i praktiska tillämpningar. Men med tanke på faktorer som kostnadseffektivitet, miljövänlighet, praktiska egenskaper och förnybarhet, framstår adsorptionsprocesser som särskilt lämpliga för rening av uranavloppsvatten.
Bornitrid (BN), ett material som har uppmärksammats som en effektiv adsorbent på grund av sin höga mekaniska hållfasthet, syrabeständighet och betydande ytarea, är känt för sin imponerande prestanda vid rening av avloppsvatten genom adsorptionsprocesser.
Men forskning om den faktiska reningen av uranavloppsvatten med hjälp av hexagonal bornitrid (h-BN) har ännu inte utförts, vilket gör att bornitrids (BN) tillämplighet för rening av verkligt uranavloppsvatten är en okänd faktor.
Forskargruppen vid KICT, ledd av Dr Rho, Hojung, har utförligt utvärderat adsorptionsprestandan hos h-BN nanomaterial för rening av uranavloppsvatten. De undersökte olika drifts- och vattenmiljöförhållanden, inklusive exponeringstid, temperatur, initial urankoncentration, bakgrundsjoner (som NaCl och MgCl2 och humussyra (HA).
Studien tyder på att bornitrid (BN) effektivt kan användas för rening av uranavloppsvatten. Dessutom genomförde de ett återanvändningstest på h-BN, som effektivt adsorberade löst uran, vilket ytterligare visade dess höga återanvändbarhet.
Dessutom, genom analys av experimentella variabler som initial urankoncentration, exponeringstid, temperatur, pH och närvaron av bakgrundsjoner eller organiskt material, genomförde forskargruppen en "funktionsviktsanalys" med hjälp av den artificiella intelligensbaserade Random Forest-algoritmen .
Som ett resultat upptäckte de att temperatur, katjoner och organiskt material har minimal inverkan på adsorptionsprestanda, vilket markerar denna studie som världens första i sitt slag.
Denna studie förväntas bidra till att minimera potentiella skador på miljön och människors hälsa genom att möjliggöra effektivare rening av mark förorenad med radioaktivt avloppsvatten från kärnkraftverk.
Dr Rho sa:"Den konventionella utfällningsmetoden för att rena uranförorenad jord med kemiska medel leder till sekundär miljöförorening."
"Användning av bornitrid (BN) nanoadsorbenter för uranbehandling säkerställer hög återanvändbarhet utan behov av kemiska medel, vilket gör det till en ny miljövänlig metod för bortskaffande av kärnavfall."
Verket publiceras i Journal of Hazardous Materials .
Mer information: Byung-Moon Jun et al, Adsorption av uranyljon på hexagonal bornitrid för sanering av verklig U-förorenad jord och dess tolkning med slumpmässig skog, Journal of Hazardous Materials (2024). DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134072
Journalinformation: Journal of Hazardous Materials
Tillhandahålls av National Research Council of Science and Technology
