Момент UH: раскрытие силы молекулярных кристаллов как возможного решения проблемы ядерных отходов

«Это тип простой молекулы, которая может делать самые разные вещи»

Чтобы встроить этот фрагмент аудио на свой сайт, используйте этот код:

В мире, который все больше обеспокоен экологическими и геополитическими последствиями использования ископаемого топлива, ядерная энергия вновь стала предметом большого интереса. Его способность производить электроэнергию в больших масштабах без выбросов парниковых газов обещает стать устойчивым источником экологически чистой энергии, который может стать мостом для перехода общества от ископаемого топлива к будущему с нулевым уровнем выбросов. Однако производство атомной энергии действительно производит радиоактивные отходы. Безопасное обращение с ядерными отходами остается важнейшей задачей, которую необходимо решить, чтобы завоевать доверие общественности к этому преобразующему энергетическому решению.

Теперь команда исследователей из Университета Хьюстона предложила инновационное решение для управления ядерными отходами: молекулярные кристаллы на основе циклотетрабензилгидразонов. Эти кристаллы, созданные на основе революционного открытия, сделанного командой в 2015 году, способны улавливать йод — один из наиболее распространенных продуктов радиоактивного деления — в водных и органических растворах, а также на границе раздела между ними.

«Этот последний момент особенно важен, поскольку захват йода на границах раздела может препятствовать тому, чтобы йод достигал и повреждал специализированные лакокрасочные покрытия, используемые в ядерных реакторах и резервуарах для хранения отходов», — сказал Огнен Милянич, профессор химии и автор статьи, подробно описывающей этот прорыв. в Cell Reports Physical Science. Эта работа финансировалась Национальным научным фондом.

Эти кристаллы демонстрируют удивительную способность поглощать йод, конкурируя с пористыми металлоорганическими каркасами (MOF) и ковалентными органическими каркасами (COF), которые ранее считались вершиной материалов, улавливающих йод.

Александра Роблес, первый автор исследования и бывшая аспирантка, которая основала свою диссертацию на этом исследовании, работала с кристаллами в лаборатории Мильянича, когда сделала это открытие. Ее интерес к поиску решения проблемы ядерных отходов побудил Роблеса исследовать использование кристаллов для улавливания йода.

«В конечном итоге она уловила йод на границе раздела между органическим и водным слоями, что является недостаточно изученным явлением», — сказал Милянич, добавив, что эта исключительная особенность обеспечивает решающее преимущество. «Когда материал осаждается между органическим и водным слоем, он по существу останавливает перенос йода из одного слоя в другой».

Этот процесс не только сохраняет целостность покрытий реактора и повышает степень защиты, но и позволяет затем перемещать захваченный йод из одной зоны в другую. «Идея здесь в том, что вы захватываете его там, где им трудно управлять, а затем выпускаете его там, где им легко управлять», — сказал Милянич.

Другое преимущество этой технологии «поймай и отпусти» заключается в том, что кристаллы можно использовать повторно. «Если загрязняющее вещество просто прилипнет к регенту, его придется выбросить», - сказал он. «И это увеличивает отходы и экономические потери».

Конечно, все эти огромные потенциалы еще нуждаются в проверке на практике, что заставляет Мильянича задуматься о следующих шагах.

Молекулы, кристаллы и осьминоги, о боже!

Команда Мильянича создает эти крошечные органические молекулы, содержащие только атомы углерода, водорода и кислорода, используя коммерчески доступные химикаты.

Каждый кристалл представляет собой кольцеобразную структуру с восемью линейными частями, исходящими из него, что побудило исследовательскую группу назвать его «Осьминог».

«Их довольно легко изготовить, и их можно производить в больших масштабах из относительно недорогих материалов без какой-либо специальной защитной атмосферы», — сказал Милянич.

По его оценкам, в настоящее время он может производить эти кристаллы по цене около 1 доллара за грамм в академической лаборатории. Милянич считает, что в промышленных условиях стоимость значительно снизится.

Эти голодные маленькие кристаллы очень универсальны и могут улавливать не только йод. Милянич и его команда использовали некоторые из них для улавливания углекислого газа, что стало бы еще одним большим шагом на пути к более чистому и устойчивому миру. Кроме того, молекулы «Осьминога» тесно связаны с молекулами, содержащимися в материалах, используемых для изготовления литий-ионных батарей, что открывает двери для других энергетических возможностей.