Trong một nghiên cứu vừa được công bố trên tạp chí khoa học Nano Research, nhóm chuyên gia từ Viện Hồ Muối Thanh Hải (thuộc Học viện Khoa học Trung Quốc) đã giới thiệu một loại vật liệu khung hữu cơ-kim loại (MOF) siêu nhỏ, có khả năng tự bơi trong nước và chủ động tìm kiếm ion uranium thay vì chờ các hạt uranium trôi tới như các công nghệ truyền thống.
Uranium là nguyên liệu quan trọng để vận hành các lò phản ứng hạt nhân. Dù nước biển trên thế giới được ước tính chứa khoảng 4,5 tỷ tấn uranium, song nồng độ của nguyên tố này cực thấp, khiến việc khai thác trở nên rất khó khăn và tốn kém.
Với Trung Quốc, quốc gia đang tăng tốc xây dựng các nhà máy điện hạt nhân, đây là bài toán mang ý nghĩa chiến lược vì nước này vẫn phụ thuộc lớn vào nguồn uranium nhập khẩu.
Theo trưởng nhóm nghiên cứu Tiến sĩ Yongquan Zhou, nhiều nhóm quốc tế trước đây từng nghiên cứu vi động cơ chạy bằng ánh sáng, nhưng rất ít công trình ứng dụng trực tiếp vào việc thu hồi uranium.
Nhóm nghiên cứu đã tạo ra các hạt vật liệu dạng xốp chỉ rộng khoảng 2 micromet, nhỏ hơn rất nhiều so với đường kính sợi tóc người. Cấu trúc hóa học bên trong được điều chỉnh để duy trì độ ổn định trong nước trong thời gian dài.
Khi được bổ sung một lượng nhỏ hydro peroxide làm nhiên liệu, các vi động cơ có thể tự di chuyển với tốc độ khoảng 7 micromet mỗi giây. Dưới tác động của ánh sáng, tốc độ này gần như tăng gấp đôi, tạo ra hiệu ứng tăng tốc bằng năng lượng mặt trời.
Trong các thử nghiệm trong phòng thí nghiệm, vật liệu này cho thấy hiệu suất thu hồi uranium rất cao, hấp thụ tối đa tới 406 miligam uranium trên mỗi gram vật liệu. Sau khi hấp thụ, uranium được chuyển hóa thành dạng khoáng ổn định hơn, giúp dễ tách lọc và lưu trữ an toàn hơn.
Điểm khác biệt lớn nhất nằm ở cơ chế hoạt động. Các vật liệu hấp phụ truyền thống thường đứng yên một chỗ và chờ ion uranium tiếp xúc. Ngược lại, loại vi động cơ mới có thể chủ động bơi đi tìm mục tiêu.
T.S Zhou cho hay: “Nó có thể tự chạy. Các chất hấp phụ truyền thống chỉ đứng yên một chỗ, còn vi động cơ này tự động di chuyển và được kích hoạt bởi ánh sáng, giúp quá trình này trở nên thân thiện với môi trường hơn.”
Điều thú vị nhất là nhóm nghiên cứu còn quan sát thấy các hành vi tập thể của vật liệu này tương tự như các hệ thống sinh học. Khi nồng độ nhiên liệu thay đổi, các hạt vật liệu cho thấy các mô hình di chuyển như "săn đuổi", "trốn thoát" và phối hợp bầy đàn, tạo nên một mạng lưới thu gom hiệu quả cao.
Theo nhóm nghiên cứu, công nghệ này trong tương lai không chỉ giới hạn ở uranium mà còn có thể mở rộng sang thu hồi các nguyên tố chiến lược khác như rubidium và cesium.
Dù vậy, giới nghiên cứu thừa nhận công nghệ vẫn đang ở giai đoạn rất sớm. Một trong những trở ngại lớn nhất là môi trường nước có độ mặn quá cao.
Theo ông Zhou, trong các hồ muối có nồng độ muối lớn, hệ thống hiện chưa thể vận hành ổn định. Hiện các hồ muối của Trung Quốc chủ yếu được khai thác để lấy kali và lithium, trong khi nhiều nguyên tố vi lượng có giá trị vẫn bị bỏ phí vì quá khó tách lọc.
Công nghệ vi động cơ mới không chỉ dừng lại ở uranium. Theo nhóm nghiên cứu, mô hình này có thể được điều chỉnh để thu hồi các nguyên tố chiến lược khác như rubidium hay cesium. T.S Zhou nhấn mạnh rằng chúng ta không nên chỉ tập trung vào kali hay lithium mà bỏ qua những tài nguyên quý giá khác trong các hồ muối.
Diệp Vy
Theo SCMP
