Исследователи из Дартмутского колледжа впервые разработали новый материал, который очищает воду от йода. Прорыв может стать ключом к очистке радиоактивных отходов в ядерных реакторах и после ядерных аварий, таких как катастрофа на Фукусиме в 2011 году.
Микропористый материал нового поколения, разработанный в Дартмуте, является результатом химического сшивания небольших органических молекул с образованием каркаса, который вычищает изотоп из воды.
«Просто не существует рентабельного способа удаления радиоактивного йода из воды, но современные методы растворения опасного загрязняющего вещества океаном или рекой слишком рискованны», - сказал Ченфэн Кэ, доцент кафедры Химия в Дартмутском колледже. «Мы не уверены, насколько эффективным будет этот процесс, но это определенно первый шаг к познанию его истинного потенциала».
Радиоактивный йод является распространенным побочным продуктом ядерного деления и загрязняющим веществом во время ядерных катастроф, включая недавнюю аварию в Японии и Чернобыльскую катастрофу 1986 года. Хотя удаление йода в газовой фазе является относительно распространенным явлением, йод никогда не удалялся из воды до исследования в Дартмуте.
«Мы решили упорную научную проблему создания пористого материала с высокой кристалличностью, который также химически стабилен в сильнокислой или щелочной воде», - сказал Ке, главный исследователь исследования.«В процессе разработки материала, который борется с загрязнением окружающей среды, мы также создали метод, который прокладывает путь к новому классу пористых органических материалов».
Исследование, опубликованное 31 мая в Журнале Американского химического общества, описывает, как исследователи использовали солнечный свет для сшивания малых молекул в больших кристаллах для получения нового материала. Этот подход отличается от традиционного метода объединения молекул в одном горшке.
В ходе исследований концентрации йода были снижены с 288 ppm до 18 ppm в течение 30 минут и ниже 1 ppm через 24 часа. Техника мягкого сшивания привела к созданию воздухопроницаемого материала, который менял форму и поглощал более чем вдвое больше своего веса йода. Также было обнаружено, что соединение эластично, что делает его пригодным для повторного использования и потенциально еще более ценным для очистки окружающей среды.
По словам Ке, это соединение можно использовать так же, как посыпание солью загрязненной воды. Поскольку он легче воды, материал всплывает, поглощая йод, а затем тонет, когда становится тяжелее. После приема йода состав можно собрать, очистить и использовать повторно, а радиоактивные элементы отправить на хранение.
В лабораторных исследованиях для эксперимента использовался нерадиоактивный йод в соленой воде, но исследователи говорят, что он будет работать и в реальных условиях. Ке и его команда надеются, что продолжающиеся испытания материала окажутся эффективными против цезия и других радиоактивных загрязнителей, связанных с атомными электростанциями.
"Было бы идеально очистить больше радиоактивных частиц, кроме йода, - вы хотели бы очистить весь радиоактивный материал за один раз", - сказал Ке.
Исследователи из Dartmouth's Ke Functional Materials Group также надеются, что этот метод можно будет использовать для создания материалов, нацеленных на другие типы неорганических и органических загрязнителей, особенно на антибиотики в системах водоснабжения, которые могут привести к созданию сверхустойчивых микроорганизмов..