Onderzoekers van Dartmouth College hebben een nieuw materiaal ontwikkeld dat voor het eerst jodium uit water schrobt. De doorbraak zou de sleutel kunnen zijn tot het opruimen van radioactief afval in kernreactoren en na nucleaire ongevallen zoals de ramp in Fukushima in 2011.

Het microporeuze materiaal van de nieuwe generatie, ontworpen in Dartmouth, is het resultaat van het chemisch naaien van kleine organische moleculen om een ​​raamwerk te vormen dat de isotoop uit het water schrobt.

"Er is gewoon geen kosteneffectieve manier om radioactief jodium uit water te verwijderen, maar de huidige methoden om de oceaan of rivieren de gevaarlijke verontreinigende stof te laten verdunnen, zijn gewoon te riskant, " zei Chenfeng Ke, assistent-professor bij de afdeling scheikunde aan het Dartmouth College. "We weten niet zeker hoe efficiënt dit proces zal zijn, maar dit is zeker de eerste stap naar het kennen van het ware potentieel."

Radioactief jodium is een veel voorkomend bijproduct van kernsplijting en is een vervuiler bij kernrampen, waaronder de recente kernsmelting in Japan en de ramp in Tsjernobyl in 1986. Hoewel het verwijderen van jodium in de gasfase relatief vaak voorkomt, jodium is vóór het Dartmouth-onderzoek nooit uit het water verwijderd.

"We hebben het hardnekkige wetenschappelijke probleem opgelost om een ​​poreus materiaal te maken met een hoge kristalliniteit dat ook chemisch stabiel is in sterk zuur of basisch water. " zei Ke, de hoofdonderzoeker van het onderzoek. "In het proces van de ontwikkeling van een materiaal dat milieuvervuiling tegengaat, we hebben ook een methode ontwikkeld die de weg vrijmaakt voor een nieuwe klasse van poreuze organische materialen."

Het onderzoek, gepubliceerd in het nummer van 31 mei van de Tijdschrift van de American Chemical Society , beschrijft hoe onderzoekers zonlicht gebruikten om kleine moleculen in grote kristallen te verknopen om het nieuwe materiaal te produceren. De aanpak is anders dan de traditionele methode om moleculen in één pot te combineren.

Tijdens het onderzoek, jodiumconcentraties werden binnen 30 minuten verlaagd van 288 ppm naar 18 ppm, en minder dan 1 ppm na 24 uur. De zachte stiktechniek resulteerde in een ademend materiaal dat van vorm veranderde en meer dan het dubbele van zijn gewicht aan jodium absorbeerde. De verbinding bleek ook elastisch te zijn, waardoor het herbruikbaar en mogelijk nog waardevoller is voor het opruimen van het milieu.

Volgens Ke, de verbinding zou kunnen worden gebruikt op een manier die vergelijkbaar is met het aanbrengen van zout op verontreinigd water. Omdat het lichter is dan water, het materiaal drijft om jodium te adsorberen en zinkt als het zwaarder wordt. Na het innemen van het jodium, de verbinding kan worden verzameld, gereinigd en hergebruikt terwijl de radioactieve elementen voor opslag worden verzonden.

Het laboratoriumonderzoek gebruikte voor het experiment niet-radioactief jodium in gezouten water, maar onderzoekers zeggen dat het ook in echte omstandigheden zal werken. Ke en zijn team hopen dat door voortdurende testen het materiaal effectief zal blijken te zijn tegen cesium en andere radioactieve verontreinigingen die verband houden met kerncentrales.

"Het zou ideaal zijn om meer radioactieve soorten dan jodium te schrobben - je zou al het radioactieve materiaal in één keer willen schrobben, " zei Ke.

Onderzoekers van Dartmouth's Ke Functional Materials Group hebben ook goede hoop dat de techniek kan worden gebruikt om materialen te maken die gericht zijn op andere soorten anorganische en organische verontreinigende stoffen, met name antibiotica in de watervoorziening die kunnen leiden tot het ontstaan ​​van superresistente micro-organismen.