Een ontdekking door onderzoekers van de Indiana University zou de langetermijnopslag van nucleair afval kunnen bevorderen, een steeds zwaardere en duurdere taak voor de openbare en particuliere instanties die mensen beschermen tegen deze schadelijke chemicaliën.

In een studie gepubliceerd op 14 september, de wetenschappers melden dat ze een nieuw chemisch principe hebben ontwikkeld met het potentieel om een ​​revolutie teweeg te brengen in de creatie van speciaal ontworpen moleculen die radioactieve elementen uit nucleair afval halen, het volume van deze gevaarlijke stoffen aanzienlijk verminderen. De methode is ook toepasbaar op moleculen die zijn gemaakt om chemische verontreinigende stoffen uit water en bodem te extraheren.

"Dit werk is een grote stap voorwaarts in de poging om speciaal ontworpen nanostructuren te ontwikkelen door een nieuwe, zeer nauwkeurige methode om te voorspellen hoe deze moleculen zich in oplossing zullen gedragen, " zei hoofdauteur Amar Flood, een professor aan de afdeling Scheikunde van het IU Bloomington College of Arts and Sciences.

Het onderzoek wordt gerapporteerd in een omslagartikel in het tijdschrift Chemo .

Flood zei dat de studie het feit aanpakt dat het bijna onmogelijk is om te voorspellen hoe efficiënt een geconstrueerd molecuul in de echte wereld zal presteren. Dit komt omdat chemici momenteel alleen moleculen kunnen ontwerpen om geïsoleerd te functioneren, ondanks het feit dat moleculen bestaan ​​in combinatie - of "in oplossing" - met andere moleculen. Zout water, bijvoorbeeld, is een oplossing van zout in water.

Hij vergeleek de situatie met het ontwerpen van een machine in de ruimte en deze vervolgens op de bodem van de oceaan te plaatsen. Het drassige apparaat zal niet hetzelfde functioneren als het oorspronkelijke ontwerp.

Dit is vooral ernstig omdat het creëren van kunstmatige moleculen voor een specifieke functie een uiterst nauwkeurig ontwerp vereist, zoals het bouwen van een slot om op een sleutel te passen. Bijvoorbeeld, een speciaal molecuul ontwikkeld door Flood's lab, een cyanoster genoemd, bestaat uit een vijfzijdig stervormig rooster van koolstof- en stikstofatomen met een leeg centrum - het "slot" - waarvan de specifieke vorm ervoor zorgt dat negatief geladen moleculen zoals fosfaten en nitraten - de "sleutel" - in het midden blijven steken en breken af van hun vorige gastheer. Als de oplossing het slot vult of vervormt, de sleutel werkt mogelijk niet meer.

Structuren zoals de cyanostar zijn ook bekend als "receptormoleculen" omdat ze speciaal zijn ontworpen om specifieke moleculen te ontvangen. Naast de vermindering van kernafval, deze technologie kan worden gebruikt om chloride uit water te verwijderen - een onderdeel van het proces dat wordt gebruikt om zeewater in zoet water om te zetten - om overtollige chemische meststoffen uit de bodem te verwijderen, of om lithiumionen te verzamelen die worden gebruikt in hernieuwbare energie.

Met de methoden die in de krant worden vermeld, Vloed zei, scheikundigen kunnen beginnen met het ontwerpen van nieuwe moleculaire reacties met het einddoel voor ogen. specifiek, het nieuwe principe stelt vast dat de aantrekkingskracht tussen receptormoleculen en negatief geladen ionenmoleculen gebaseerd is op de diëlektrische constante van het oplosmiddel waarin ze zijn gecombineerd. Een diëlektrische constante is een meting van het vermogen van een stof om elektrische lading te stabiliseren.

Om hun methode te testen, het IU-team paste hun nieuw ontwikkelde chemische principe toe op triazolofaan - een molecuul dat is ontworpen om chloride uit omringende moleculen te extraheren - in combinatie met chemische oplosmiddelen die vaak worden gebruikt bij reacties om ongewenste ionen uit andere vloeistoffen te verwijderen. In ieder geval, de principes die door de groep van Flood werden ontdekt, voorspelden nauwkeurig de effectiviteit van de moleculen.

De hoofdonderzoeker die verantwoordelijk is voor de methode is Yun Liu, een doctoraat student in het laboratorium van Flood.

"Het huidige paradigma werkt alleen voor moleculaire ontwerpen op de tekentafel, in theorie, " zei Liu. "Maar we willen moleculen maken die in de praktijk zullen werken om problemen in de echte wereld op te lossen."

Het team merkte ook op dat het vermogen om nauwkeurig te voorspellen hoe een molecuul in oplossing zal functioneren, zal helpen bij de ontwikkeling van zeer nauwkeurige computersimulaties om snel chemisch gemanipuleerde moleculen te testen die zijn ontworpen om specifieke effecten te bereiken.