Designede molekyler fjerner selektivt uønskede ioner fra komplekse løsninger til energiproduktion

Atomenergi tegner sig for omkring 19 procent af den amerikanske elforsyning. Affaldet indeholder materialer, der er vanskelige at fjerne. Forskere udviklede fire klasser af molekyler, kaldet chelatorer, til selektivt at fange specifikke ioner. Disse molekyler bruger en kombination af kemisk binding, attraktioner mellem modsatte afgifter, og/eller indpakning af ionerne i komplementære bindingslommer.

Genanvendelse af atombrændsel er afgørende for bæredygtig atomkraft. Strategisk konstruerede ionchelatorer vil i høj grad gavne den sikre produktion af energi fra atomkilder. Også, chelatorer hjælper med at garantere sikre lagre af nøglematerialer. Radioaktivt affald er rigt på ioner. Chelatorerne genereret i denne forskning vil blive brugt til selektivt at adskille specifikke ioner efter anmodning, muliggør mere effektiv behandling og sikker bortskaffelse af affaldet. Kerneteknologien kan også finde anvendelse i rensning af vand. Yderligere, det kan hjælpe med at indsamle andre centrale elementer, såsom lithium, der er nøglen til vedvarende energioafhængighed.

De forskellige klasser af kelatorer, der blev opdaget og udviklet i løbet af denne grundforskning, fungerer som redskaber, der virker, på molekylær skala, at fange og selektivt adskille specifikke ioner fra koncentrerede blandinger af andre ioner. Brugen af ​​chelatormolekyler til at adskille disse ioner virker oven på traditionelle fysiske separationsmetoder. Det vigtigste blandt fremskridtene på dette område er udviklingen af ​​en cæsiumudvindingsteknologi, der vil revolutionere dens adskillelse, når den i 2018 bruges til oprydning af ældre affald på Savannah River Site. Ved selektiv fjernelse af cæsium fra saltaffalds forædlingsprocesser for atomaffald bliver meget mere effektivt. Andre fundamentale opdagelser kunne indeholde nøglerne til mere selektiv ekstraktion af salte.

For eksempel, i blandede vandige opløsninger kan chelater indeholdende flere urinstofgrupper vikle rundt om sulfat, en ion, der er ekstremt skadelig for oparbejdning og opbevaring af atomaffald. Derudover nye chelater designet med to forskellige bindingssteder kan bruges til binding af både anioner og metalioner. En meget nylig udførelsesform for denne idé er udviklingen af ​​ionparreceptorer, der muliggør selektiv ekstraktion af lithiumsalte. Litium er den afgørende komponent i mange nye teknologier, lige fra batterier til industrielle smøremidler til depression medicin. En anden vigtig opdagelse er oprettelsen af ​​chelatorer, der kan folde sig op omkring ioner, kaldes foldamer.

Ved hjælp af en tilgang inspireret af naturens proteiner, disse foldamerer kan samle ioner på et sted og frigive dem et andet sted ved hjælp af sollys som en udløser.