L’energia nucleare è stata a lungo considerata una fonte energetica di prossima generazione e i principali paesi di tutto il mondo competono per garantire tecnologie all’avanguardia sfruttando l’elevata efficienza economica e la sostenibilità dell’energia nucleare. Tuttavia, l'uranio, essenziale per la produzione di energia nucleare, ha gravi implicazioni sia per gli ecosistemi del suolo che per la salute umana.
Nonostante sia un materiale radioattivo fondamentale, l’uranio presenta rischi significativi per la salute a causa della sua tossicità chimica per i reni, le ossa e le cellule. Di conseguenza, sia la US Environmental Protection Agency che l'Organizzazione Mondiale della Sanità raccomandano di consentire e sostenere che le concentrazioni di uranio nelle acque reflue siano inferiori a 30 μg/L.
Il Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology (KICT) ha condotto una ricerca su un processo di adsorbimento basato su nanomateriali per rimuovere in modo efficiente le acque reflue di uranio estratte dal terreno contaminato da radioattività. Ne hanno anche proposto l'applicabilità per prevenire inquinamenti ambientali secondari.
Le acque reflue radioattive, un inevitabile sottoprodotto della produzione di energia nucleare, richiedono un post-trattamento per ridurre al minimo l’impatto ecologico e i rischi associati. Sebbene questo processo comporti procedure complesse e costi sostanziali, sono stati impiegati vari metodi per trattare le acque reflue radioattive provenienti da terreni contaminati da uranio. Questi metodi includono precipitazione chimica, evaporazione, tecniche elettrochimiche, separazione tramite membrana e adsorbimento/scambio ionico.
Tra questi, la precipitazione chimica mediante agenti chimici iniettati è comunemente impiegata in applicazioni pratiche. Tuttavia, considerando fattori quali il rapporto costo-efficacia, il rispetto dell'ambiente, la praticità e la rinnovabilità, i processi di adsorbimento risultano particolarmente adatti per il trattamento delle acque reflue dell'uranio.
Il nitruro di boro (BN), un materiale che ha attirato l'attenzione come efficace adsorbente grazie alla sua elevata resistenza meccanica, resistenza agli acidi e area superficiale significativa, è rinomato per le sue prestazioni impressionanti nel trattamento delle acque reflue attraverso processi di adsorbimento.
Tuttavia, la ricerca sul trattamento effettivo delle acque reflue di uranio utilizzando nitruro di boro esagonale (h-BN) non è stata ancora condotta, lasciando come fattore sconosciuto l'applicabilità del nitruro di boro (BN) per il trattamento delle acque reflue di uranio.
Il gruppo di ricerca del KICT, guidato dal Dr. Rho, Hojung, ha valutato in modo completo le prestazioni di adsorbimento dei nanomateriali h-BN per il trattamento delle acque reflue di uranio. Hanno esplorato varie condizioni operative e ambientali dell'acqua, tra cui il tempo di esposizione, la temperatura, la concentrazione iniziale di uranio, gli ioni di fondo (come NaCl e MgCl2 ) e acido umico (HA).
Lo studio suggerisce che il nitruro di boro (BN) può essere applicato efficacemente per il trattamento delle acque reflue di uranio. Inoltre, hanno condotto un test di riutilizzabilità sull'h-BN, che adsorbiva in modo efficiente l'uranio disciolto, dimostrando ulteriormente la sua elevata riutilizzabilità.
Inoltre, attraverso l'analisi di variabili sperimentali come la concentrazione iniziale di uranio, il tempo di esposizione, la temperatura, il pH e la presenza di ioni di fondo o materia organica, il gruppo di ricerca ha condotto un'"analisi dell'importanza delle caratteristiche" utilizzando l'algoritmo Random Forest basato sull'intelligenza artificiale .
Di conseguenza, hanno scoperto che la temperatura, i cationi e la materia organica hanno un impatto minimo sulle prestazioni di adsorbimento, rendendo questo studio il primo al mondo nel suo genere.
Si prevede che questo studio contribuirà a ridurre al minimo i potenziali danni all'ambiente e alla salute umana consentendo un trattamento più efficiente del suolo contaminato da acque reflue radioattive generate dalle centrali nucleari.
Il dottor Rho ha affermato:"Il metodo convenzionale di precipitazione per purificare il terreno contaminato da uranio utilizzando agenti chimici porta ad un inquinamento ambientale secondario."
"L'utilizzo di nano-adsorbenti di nitruro di boro (BN) per il trattamento dell'uranio garantisce un'elevata riutilizzabilità senza la necessità di agenti chimici, rendendolo un nuovo metodo di smaltimento dei rifiuti nucleari rispettoso dell'ambiente."
Il lavoro è pubblicato nel Journal of Hazardous Materials .
Ulteriori informazioni: Byung-Moon Jun et al, Adsorbimento di ioni di uranile su nitruro di boro esagonale per la bonifica di terreni reali contaminati da U e sua interpretazione utilizzando foreste casuali, Journal of Hazardous Materials (2024). DOI:10.1016/j.jhazmat.2024.134072
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