核废料如何处理一直是全球面临的重要环境挑战。对于这些核废料，永久储存是否是唯一的处理方案？

德国德累斯顿-罗森多夫赫尔姆霍兹中心（HZDR）资源生态研究所教授Kristina Kvashnina及其团队给出了否定的答案。

他们还提出了一个创新性的解决方案：从核废料中回收镧系元素。这类化学元素包含了部分稀土元素，被广泛应用于显示屏、电池、磁体、造影剂和生物探针等领域。“镧系元素是一种非常稀有的原材料，目前主要依赖从中国进口。这就是为什么我们要尝试从包括核废料在内的废弃物中回收这种原材料。”Kvashnina解释道。

这一构想获得欧盟高度重视。近日，由Kvashnina所领衔的名为“MaLaR——用于从核废料中回收镧系元素的新型2D-3D材料”的研究计划已获批230万欧元资助。在未来三年里，来自德国、法国、瑞典和罗马尼亚的科研人员将在Kvashnina的带领下，共同探索如何利用创新分离技术从核废料中回收这些宝贵资源。

然而，从核废料中回收镧系元素的过程绝非易事。除了放射性元素带来的基本安全风险外，核废料处理还面临一个特殊难题：其中的材料具有非常相似的化学反应特性。“这使得很难找到一种方法只让某一种元素发生反应而不影响其他元素，从而实现单一元素的提取。”Kvashnina解释说。现有的分离工艺不仅需要使用危险化学品，而且能耗巨大，还会产生额外的废物。

Kristina Kvashnina。图源：DENIS MOREL/德累斯顿-罗森多夫赫尔姆霍兹中心

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为此，MaLaR项目团队计划设计一种具有特异性吸附能力的新型三维材料，利用其表面吸附特性，实现对目标元素的高效、环保、可持续分离。这一设想的理论基础来自先前的研究发现：多孔碳材料——石墨烯氧化物不仅吸附性能远超现有工业吸附剂，其吸附效果还可以通过调节电子结构得到进一步提升。Kvashnina团队将深入研究这一机理，开发基于石墨烯氧化物的新材料。

为确保研究顺利推进，该团队将整合多方优势资源。其合作成员在2D/3D材料开发、基础物理学和放射性元素化学等领域具有丰富经验，还掌握着用于研究极微量镧系元素的最新原位分析技术。“这个优势互补的团队让我们能够将实验数据、理论计算和材料开发有机结合，形成完整的技术体系。”Kvashnina说。

作为项目重要组成部分，研究人员还将在位于法国东南部格勒诺布尔市的欧洲同步辐射光源装置（ESRF）的ROBL光束线上，利用强X射线对材料性能进行测试。“我们将先利用这种材料从合成元素混合物中提取单个元素，未来，这项技术可以推广到各种应用中。”Kvashnina强调，“诚然，三年内我们只能迈出回收利用的第一步，但如果我们成功了，应用前景将很广阔。”这项技术的意义不仅在于实现核废料中稀有原材料的回收利用，更重要的是可以通过分离不同寿命的同位素，为高放射性废料建立更安全的分类储存体系。