In een onderzoek waarbij metaal-organische raamwerken (MOF's) werden gebruikt om radioactieve moleculen op te vangen, Wetenschappers van UT Dallas hielpen bepalen hoe de binding plaatsvond en waarom de capaciteit voor het opvangen van jodium zo hoog was. Met deze monsterhouder kan het in het MOF-poeder gevangen jodium worden gemeten.

Onderzoekers van de Universiteit van Texas in Dallas onderzoeken de effectiviteit van een "spons" op nanoschaal die zou kunnen helpen gevaarlijke radioactieve deeltjes uit kernafval te filteren.

Het effectief opvangen van deze bijproducten van kernenergie zou de recyclinginspanningen drastisch verhogen en de veilige opslag van radioactieve materialen verbeteren, zei dr. Yves Chabal, hoofd van de afdeling Materials Science and Engineering aan de Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

Onderzoekers gebruikten kleine metaal-organische kaders, of MOF's, om radioactieve moleculen op te vangen. Ze zijn samengesteld uit metaalioncentra en organische moleculen die delen van de structuur met elkaar verbinden. Hierdoor ontstaat een microscopische steiger, of val, die specifieke gassen en andere moleculen kan opvangen. Het huidige werk was gericht op het testen van de adsorptiecapaciteit van specifieke MOF's om radioactief jodium efficiënter te verwijderen.

Hoewel poreuze materialen zijn gebruikt om radioactieve moleculen op te vangen, de capaciteit van bestaande adsorptiemiddelen blijft onvoldoende. Adsorptie is het proces waarbij een dunne laag moleculen zich vastklampt aan de oppervlakken van vaste lichamen of vloeistoffen - in dit geval de interne oppervlakken van MOF's.

"In een verbruikte radioactieve splijtstofstaaf, er zijn verschillende elementen die met verschillende snelheden vervallen. Radioactief jodium is een van de belangrijkste bijproducten, " zei dr. Kui Tan, een UT Dallas-onderzoeker en een van de auteurs van de studie die onlangs in het tijdschrift is gepubliceerd Natuurcommunicatie . "Door een stikstofbevattend molecuul aan de MOF's te hechten, onze collega's toonden aan dat ze deze radioactieve moleculen zeer efficiënt konden vangen."

Kernenergie is goed voor ongeveer 11 procent van de elektriciteit in de wereld, en onderzoekers onderzoeken efficiëntere en goedkopere methoden om radioactief jodium en andere veelvoorkomende bijproducten uit de reactoren te vangen. Sommige MOF's doordrenkt met zilver presteren goed bij hoge temperaturen, maar zijn duur en moeilijk te recyclen.

"Professor Jing Li en haar team aan de Rutgers University ontwierpen en synthetiseerden de MOF moleculaire vallen, Tan zei. "Ze toonden aan dat de MOF's kunnen worden gefunctionaliseerd door stikstofbevattende moleculen toe te voegen om sterke chemische bindingen te vormen met organische jodiden, waardoor ze in de poriën worden gevangen. Maar ze hadden hulp nodig om het bindende mechanisme volledig te begrijpen. Dit is waar ons team en het team van Wake Forest binnenkwamen."

Met behulp van spectroscopie om de interactie van moleculair jodium en organisch jodide binnen het gefunctionaliseerde rooster te bepalen, Tan en zijn collega's ontdekten hoe de binding plaatsvond en waarom de capaciteit voor het opvangen van jodium zo hoog was.

Terwijl het Rutgers-team ontdekte dat de moleculaire vallen meer dan 340 procent meer radioactief materiaal opvingen dan de huidige industriële adsorbentia, de teams van de UT Dallas en Wake Forest bepaalden waarom en hoe, wat de impact van het werk enorm vergroot. Met deze kennis, er is een basis om andere materialen en moleculen te overwegen voor een breed scala aan toepassingen.

"Synthese van deze MOF's is schaalbaar, en ze hebben het potentieel om op industriële schaal te worden geproduceerd, Tan zei. "We begrijpen echt beter hoe deze processen werken, en we hopen dat het de mogelijkheid opent om nieuwe toepassingen te vinden."

Zowel Chabal als Tan merkten op dat de samenwerking tussen Rutgers, UT Dallas en Wake Forest University waren cruciaal bij het vinden van deze nieuwe potentiële methode voor het opsluiten van radioactieve materialen. Onderzoekers van het Massachusetts Institute of Technology, King Abdullah University of Science and Technology in Saoedi-Arabië, en Jilin University in China droegen ook bij aan het onderzoek.