Uranium là nguyên tố phóng xạ tự nhiên, thường được dùng để làm nhiên liệu cho các nhà máy điện hạt nhân. Ở thời điểm hiện tại, khi nhu cầu điện hạt nhân toàn cầu tăng, nhu cầu uranium cũng tăng theo. Đây là tài nguyên hữu hạn, nhưng giới khoa học ước tính biển chứa tới hơn 4,5 tỷ tấn uranium, gấp khoảng 1.000 lần trữ lượng trên đất liền. Vì vậy, chiết xuất uranium từ nước biển có thể là một giải pháp bền vững hơn cho năng lượng hạt nhân.

Tuy nhiên, nồng độ uranium trong nước biển rất thấp, ước tính khoảng 3,3 microgram mỗi lít. Điều này khiến việc khai thác uranium trong nước biển trở nên khó khăn và tốn kém hơn nhiều so với khai thác từ lòng đất.

Giới khoa học nhận ra triển vọng dùng uranium ở đại dương làm nhiên liệu cho năng lượng hạt nhân từ những năm 1950, nhưng phải đến những năm 1980, các nhà nghiên cứu Nhật Bản mới phát triển được cách chiết xuất nó. Họ sử dụng một hợp chất hóa học có tên amidoxime để liên kết với hạt uranium trôi nổi.

Nghiên cứu mới của nhóm chuyên gia tại Viện hàn lâm Khoa học Trung Quốc (CAS), xuất bản trên tạp chí Nature Sustainability, tập trung vào việc nâng cao khả năng hấp phụ hay hút bám của hợp chất này. Họ tạo ra một màng xốp mô phỏng theo các phân dạng (cấu trúc phức tạp hình thành từ những hình khối đơn giản được lặp lại nhiều lần, mỗi lần lại giảm kích thước) trong tự nhiên, ví dụ như mạch máu.

Nhóm nghiên cứu nhận thấy màng xốp thấm đẫm amidoxime có thể chiết xuất uranium hiệu quả hơn đáng kể so với những vật liệu được sử dụng trước đó, với khả năng hấp phụ cao gấp 20 lần. "Các phân dạng như mạch máu hiện diện phổ biến trong những hệ thống sinh học. Chúng cho phép tối ưu hóa sự trao đổi và chuyển hóa các chất. Chúng truyền cảm hứng cho chúng tôi thiết kế chất hấp phụ mới", Yang Lisen, tác giả chính của nghiên cứu, cho biết.

Trong 4 tuần, nhóm nhà khoa học nhận thấy 1 gram màng xốp chiết xuất được tới 9,03 milligram uranium từ nước biển tự nhiên, một trong những hiệu suất cao nhất với phương pháp sử dụng màng.

Vật liệu do nhóm nghiên cứu Trung Quốc thiết kế có thể bằng hoặc vượt trội hơn nhiều chất hấp phụ hiện nay, theo đánh giá của chuyên gia Alexander Wiechert và Sotira Yiacoumi tại Viện Công nghệ Georgia, chuyên gia Costas Tsouris tại Phòng thí nghiệm Quốc gia Oak Ridge (Mỹ).

Tuy nhiên, nghiên cứu chưa đề cập đến ảnh hưởng của hiện tượng biofouling - sinh vật tích tụ trên những bề mặt chìm dưới nước. Hiện tượng này có thể tác động đến khả năng hút uranium của màng xốp. Bên cạnh đó, màng xốp cũng sẽ hút nhiều phân tử khác từ nước biển như vanadium, sắt, kẽm và đồng nên cần có một biện pháp để tách riêng chúng.

"Tuy nhiên, tiến trình hiện nay cùng với nỗ lực của các nhà nghiên cứu khác trên khắp thế giới về vấn đề này cũng giúp chúng ta ngày càng tiến gần hơn đến việc phát triển một chất hấp phụ mang tính thực tiễn", các nhà nghiên cứu Mỹ nhận định.

Linh An