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石墨烯或将成清理核废料完美利器

行业上下游中国仪表网2016年01月07日 16:14人气:13540

  【中国仪表网 行业上下游】石墨烯作为时代新材料,受到人们的追捧及研究。很多科学家都在探索石墨烯的用途新领域,以致发挥石墨烯的最大用处。据报道,诺贝尔物理学奖获得者、英国曼彻斯特大学教授安德烈·海姆研究石墨烯新应用--石墨烯简化生产重水并有助清理核废料,未来或将成为清理核废料的完美利器。
  

  中国科学院院士、北京大学化学与分子工程学院教授刘忠范博士、中国石墨烯产业技术创新战略联盟秘书长李义春博士,以及素有“中国石墨烯产业奠基人”之称的冯冠平教授为这一新的研究成果作出解读及点评。
  
  石墨烯膜犹如一个筛子
  
  在这项研究中,曼彻斯特大学的研究团队,采用石墨烯制膜滤出不同的氢同位素——氘和氚,大大简化重水的生产过程,并有助于清理核废料,有望制备节能、高效和价廉的理想过滤器。
  
  对于氢核聚变而言,氢的同位素——氘(又称重氢)是用作热核反应的重要能源,在分析和化学追踪技术中也被广泛使用。氘的氧化物即重水,在铀核裂变中可做为减速剂,由此在核电站运行中需要成千上万吨重水。氚是氢最重的同位素,其原子含有1个质子和两个中子,具有放射性,在核裂变工厂作为发电副产品须被安全去除。未来核技术的发展将基于这两个重同位素的核聚变。
  
  安德烈在论文中称,由石墨烯制成的薄膜可作为一个筛子,从氢的同位素氘较重的原子核中分离质子。
  
  曼大研究人员测试了氘的原子核,可以通过石墨烯及其姊妹材料氮化硼的膜。虽然现有理论不能预测两个同位素的渗透有何差异,而他们充分预计出氘核可以轻松通过。
  
  研究人员惊奇地发现,氘不仅能够被一个原子厚的膜有效筛选分离,而且这一过程效率很高。这一发现使得单层石墨烯和氮化硼,对丰富的氘和氚混合物充当分离膜很具吸引力。
  
  有望成为理想的过滤器
  
  目前,用于生产重水的分离技术需要相当多的能源消耗,并且在科学和工业上存在一些重大问题。而现在采用石墨烯有望使这一过程更有效率。
  
  据物理学家组织网1月5日报道,采用这种石墨烯膜,可能意味着核电站生产重水的过程会减少10倍的能量消耗,而且过程更简化、花费更便宜。
  
  此外,研究人员发现,这种分离是完全可升级的。他们利用化学气相沉积(CVD)的石墨烯,建立了厘米大小的设备从氘和氢混合物中有效泵出氢。
  
  此论文的第一作者、曼大博士后研究员马塞洛洛萨达·伊达尔戈博士说:“这是首次证明在室温条件下区分亚原子粒子的第一膜。现在,我们发现它是一个完全可扩展的技术,希望能很快找到实际应用的方法。”
  
  论文共同作者伊琳娜教授说,“我们惊讶地发现,一种膜可用于分离单独的亚原子粒子。建立这个设置非常简单,希望不仅在分析和化学示踪技术上看到这些过滤器的应用,还能有助于清理源自核废料中的放射性氚。”
  
  中国业界专家如何点评
  
  在看到外媒报道这一消息之后,中国石墨烯产业界一线专家学者纷纷热议,十分关注。
  
  刘忠范院士对此研究成果点评道:“非常有创意!人们已经知道只有质子能够穿透石墨烯,而现在进一步发现只有最轻的氢同位素质子能够穿过,这是一个新的发现,并可用在重水分离上,对于核废料的处理也将是更为节能高效的浓缩方法。尽管目前只是演示性的工作,但未来有着巨大商业化潜力。不过,实际的石墨烯和氮化硼并没有那么完美,有很多结构缺陷,大一点的东西也会穿过。这也许是未来在研究中需要努力突破的。”
  
  李义春博士指出,“感觉这项研究和石墨烯海水淡化的原理差不多,利用了石墨烯的吸附和过滤特性,未来将是一个崭新的应用领域。”
  
  曾任深圳清华大学研究院创始院长、江南石墨烯研究院名誉理事长的冯冠平教授说,“理论上这一研究能做到的话还是不错的,涉及到把石墨烯膜用于核废料处理上,把原来的生产重水流程大大简化。不过现在仅是论文阶段,未来能否在实际中发挥作用还有待观望。”
(本文来源:科技日报转载请注明出处
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