Kernenergie gilt seit langem als Energiequelle der nächsten Generation, und große Länder auf der ganzen Welt konkurrieren um die Sicherung modernster Technologien, indem sie die hohe wirtschaftliche Effizienz und Nachhaltigkeit der Kernenergie nutzen. Allerdings hat Uran, das für die Kernenergieerzeugung unerlässlich ist, schwerwiegende Auswirkungen sowohl auf das Bodenökosystem als auch auf die menschliche Gesundheit.
Obwohl Uran ein wichtiges radioaktives Material ist, birgt es aufgrund seiner chemischen Toxizität für Nieren, Knochen und Zellen erhebliche Gesundheitsrisiken. Daher empfehlen sowohl die US-Umweltschutzbehörde als auch die Weltgesundheitsorganisation, Urankonzentrationen im Abwasser unter 30 μg/L zuzulassen und zu befürworten.
Das Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) hat an einem auf Nanomaterialien basierenden Adsorptionsprozess geforscht, um Uranabwasser, das aus tatsächlich radioaktiv kontaminiertem Boden gewonnen wird, effizient zu entfernen. Sie haben auch seine Anwendbarkeit zur Vermeidung sekundärer Umweltverschmutzungen vorgeschlagen.
Radioaktives Abwasser, ein unvermeidliches Nebenprodukt der Kernenergieerzeugung, erfordert eine Nachbehandlung, um die ökologischen Auswirkungen und die damit verbundenen Risiken zu minimieren. Obwohl dieser Prozess komplizierte Verfahren und erhebliche Kosten mit sich bringt, wurden verschiedene Methoden zur Behandlung radioaktiver Abwässer aus uranverseuchten Böden eingesetzt. Zu diesen Methoden gehören chemische Fällung, Verdampfung, elektrochemische Techniken, Membrantrennung und Adsorption/Ionenaustausch.
Unter diesen wird in praktischen Anwendungen häufig die chemische Fällung unter Verwendung injizierter chemischer Wirkstoffe eingesetzt. Unter Berücksichtigung von Faktoren wie Kosteneffizienz, Umweltfreundlichkeit, Praktikabilität und Erneuerbarkeit erweisen sich Adsorptionsverfahren jedoch als besonders geeignet für die Uranabwasserbehandlung.
Bornitrid (BN), ein Material, das aufgrund seiner hohen mechanischen Festigkeit, Säurebeständigkeit und großen Oberfläche als wirksames Adsorptionsmittel Beachtung gefunden hat, ist bekannt für seine beeindruckende Leistung bei der Abwasserbehandlung durch Adsorptionsprozesse.
Untersuchungen zur tatsächlichen Behandlung von Uranabwasser mit hexagonalem Bornitrid (h-BN) wurden jedoch noch nicht durchgeführt, so dass die Anwendbarkeit von Bornitrid (BN) für die echte Uranabwasserbehandlung ein unbekannter Faktor ist.
Das Forschungsteam am KICT unter der Leitung von Dr. Rho, Hojung, hat die Adsorptionsleistung von h-BN-Nanomaterialien für die Uran-Abwasserbehandlung umfassend bewertet. Sie untersuchten verschiedene Betriebs- und Wasserumgebungsbedingungen, darunter Einwirkzeit, Temperatur, anfängliche Urankonzentration, Hintergrundionen (wie NaCl und MgCl2) und Huminsäure (HA).
Die Studie legt nahe, dass Bornitrid (BN) effektiv zur Uranabwasserbehandlung eingesetzt werden kann. Darüber hinaus führten sie einen Wiederverwendbarkeitstest mit h-BN durch, das gelöstes Uran effizient adsorbierte, was seine hohe Wiederverwendbarkeit weiter unter Beweis stellte.
Darüber hinaus führte das Forschungsteam durch die Analyse experimenteller Variablen wie der anfänglichen Urankonzentration, der Expositionszeit, der Temperatur, des pH-Werts und des Vorhandenseins von Hintergrundionen oder organischem Material eine „Merkmalswichtigkeitsanalyse“ unter Verwendung des auf künstlicher Intelligenz basierenden Random Forest-Algorithmus durch .
Dabei stellten sie fest, dass Temperatur, Kationen und organische Stoffe nur einen minimalen Einfluss auf die Adsorptionsleistung haben, was diese Studie zur weltweit ersten ihrer Art machte.
Es wird erwartet, dass diese Studie dazu beiträgt, potenzielle Schäden für die Umwelt und die menschliche Gesundheit zu minimieren, indem sie eine effizientere Behandlung von Böden ermöglicht, die mit radioaktivem Abwasser aus Kernkraftwerken kontaminiert sind.
Dr. Rho sagte: „Die herkömmliche Fällungsmethode zur Reinigung uranverseuchter Böden mithilfe chemischer Mittel führt zu sekundärer Umweltverschmutzung.“
„Der Einsatz von Bornitrid (BN)-Nanoadsorbentien zur Uranaufbereitung gewährleistet eine hohe Wiederverwendbarkeit ohne den Einsatz chemischer Mittel und macht es zu einer neuartigen umweltfreundlichen Methode zur Entsorgung nuklearer Abfälle.“
Die Arbeit ist veröffentlicht im Zeitschrift für gefährliche Materialien.
Mehr Informationen:
Byung-Moon Jun et al., Adsorption von Uranylionen an hexagonalem Bornitrid zur Sanierung von echtem U-kontaminiertem Boden und seine Interpretation unter Verwendung von Zufallswäldern, Zeitschrift für gefährliche Materialien (2024). DOI: 10.1016/j.jhazmat.2024.134072