Ny undersøgelse undersøger effektiviteten af ​​atomaffaldsfilter i nanoskala

I en undersøgelse, der brugte metal-organiske rammer (MOF'er) til at fange radioaktive molekyler, UT Dallas-forskere hjalp med at bestemme, hvordan bindingen opstod, og hvorfor kapaciteten til jodfangst var så høj. Denne prøveholder gør det muligt at måle det jod, der er fanget i MOF-pulveret.

Forskere ved University of Texas i Dallas undersøger effektiviteten af ​​en "svamp" i nanoskala, der kan hjælpe med at filtrere farlige radioaktive partikler fra atomaffald.

Effektiv indfangning af disse biprodukter fra atomkraft vil dramatisk øge genbrugsindsatsen og forbedre sikker opbevaring af radioaktive materialer, sagde Dr. Yves Chabal, leder af Institut for Materialevidenskab og Teknik ved Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

Forskere brugte bittesmå metal-organiske rammer, eller MOF'er, at fange radioaktive molekyler. De er sammensat af metalioncentre og organiske molekyler, der forbinder dele af strukturen. Dette skaber et mikroskopisk stillads, eller fælde, der kan fange specifikke gasser og andre molekyler. Det nuværende arbejde fokuserede på at teste adsorptionskapaciteten af ​​specifikke MOF'er for at fjerne radioaktivt jod mere effektivt.

Mens porøse materialer er blevet brugt til at fange radioaktive molekyler, kapaciteten af ​​eksisterende adsorbenter er fortsat utilstrækkelig. Adsorption er den proces, hvorved et tyndt lag af molekyler klæber sig til overfladerne af faste legemer eller væsker - i dette tilfælde, de indre overflader af MOF'er.

"I en brugt radioaktiv brændselsstang, der er flere elementer, der henfalder med forskellig hastighed. Radioaktivt jod er et af de primære biprodukter, " sagde Dr. Kui Tan, en UT Dallas forsker og en af ​​forfatterne til undersøgelsen, der for nylig blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation . "Ved at knytte et nitrogenholdigt molekyle til MOF'erne, vores kolleger viste, at de kunne fange disse radioaktive molekyler meget effektivt."

Atomkraft tegner sig for omkring 11 procent af verdens elektricitet, og forskere undersøger mere effektive og billigere metoder til at opfange radioaktivt jod og andre almindelige biprodukter fra reaktorerne. Nogle MOF'er gennemsyret af sølv klarer sig godt ved høje temperaturer, men er dyre og svære at genbruge.

"Professor Jing Li og hendes team på Rutgers University designede og syntetiserede MOF molekylære fælder, " sagde Tan. "De demonstrerede, at MOF'erne kan funktionaliseres ved at tilføje nitrogenholdige molekyler for at danne stærke kemiske bindinger med organiske iodider, og derved fange dem i porerne. Men de havde brug for hjælp til fuldt ud at forstå bindingsmekanismen. Det var her vores hold og teamet i Wake Forest kom ind."

Ved at bruge spektroskopi til at bestemme interaktionen mellem molekylært iod og organisk iodid i det funktionaliserede gitter, Tan og hans kolleger afslørede, hvordan bindingen opstod, og hvorfor kapaciteten til jodfangst var så høj.

Mens Rutgers-holdet fandt ud af, at de molekylære fælder fangede mere end 340 procent mere radioaktivt materiale end nuværende industrielle adsorbenter, UT Dallas og Wake Forest-holdene bestemte hvorfor og hvordan, hvilket i høj grad øger virkningen af ​​arbejdet. Med denne viden, der er grundlag for at overveje andre materialer og molekyler til en bred vifte af anvendelser.

"Syntesen af ​​disse MOF'er er skalerbar, og de har potentialet til at blive produceret i industriel skala, " sagde Tan. "Vi forstår virkelig bedre, hvordan disse processer fungerer, og vi håber, det åbner muligheden for at finde nye applikationer."

Både Chabal og Tan bemærkede, at samarbejdet mellem Rutgers, UT Dallas og Wake Forest University var afgørende for at finde denne nye potentielle metode til at fange radioaktive materialer. Forskere fra Massachusetts Institute of Technology, King Abdullah University of Science and Technology i Saudi-Arabien, og Jilin University i Kina bidrog også til undersøgelsen.