Miljoenen medische beeldvormingsprocedures zijn elk jaar afhankelijk van radioactief technetium. Een van zijn radio-isotopen vervalt snel en is bruikbaar als tracermateriaal in de nucleaire geneeskunde. Maar een andere, technetium-99, is zeer langlevend, vormt een risico voor het milieu, en vormt een potentiële bedreiging voor de gezondheid.

Technetium is te vinden in het afval van kernreactoren en op locaties waar uranium werd verwerkt voor kernwapens tijdens de Koude Oorlog, zoals de Hanford-site in de staat Washington. De meest voorkomende vorm van technetium, pertechnetaat genaamd, is in water oplosbaar en heeft een groot potentieel om zich door de bodem en het grondwater te verspreiden.

Maar nu, onderzoekers van Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Internationale Universiteit van Florida, en het Illinois Institute of Technology begrijpen beter hoe hoge concentraties technetium-99 kunnen worden behandeld met eenvoudig ijzer, die goedkoop en gemakkelijk verkrijgbaar is.

Het team voltooide onlangs experimenten waarbij bijna alle - 99,8% - van het technetium uit een vloeibare oplossing werd verwijderd na een maand in contact met ijzerdeeltjes. Dit gebeurt als het ijzer oxideert of elektronen verliest in een chemisch proces dat reductieve verwijdering wordt genoemd.

"We laten ze gewoon in contact met elkaar zitten, " zei Daria Boglaienko, een milieuwetenschapper bij PNNL. "Dat is wat er anders is aan deze studie. We hebben geen parameters zoals zuurgraad of temperatuur of zuurstofgehalte gecontroleerd. We lieten de reactie gewoon spontaan verlopen, zoals het in de natuur zou zijn als deze twee verbindingen met elkaar in contact zouden komen."

Het team analyseerde de reactieproducten op atomaire schaal met geavanceerde instrumenten in het Radiochemical Processing Laboratory van PNNL en twee gebruikersfaciliteiten van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) Office of Science:EMSL, het Environmental Molecular Sciences Laboratory bij PNNL, en de geavanceerde fotonbron, gevestigd in het Argonne National Laboratory.

Eerdere studies hebben deze reactie waargenomen onder gecontroleerde anaërobe omstandigheden en/of met relatief lage hoeveelheden technetium. Maar deze studie is de eerste die laat zien hoe de reactie spontaan verloopt onder aerobe omstandigheden met hoge concentraties technetium, en om te begrijpen hoe het technetium is opgenomen in het ijzer-mineraalrooster.

Onderzoekers onthulden in Communicatiechemie die clusters van technetium gedeeltelijk opnemen in ijzermineralen, zoals magnetiet, tijdens gelijktijdige ijzeroxidatie en mineralisatie. Dit is hetzelfde incorporatiemechanisme dat je zou verwachten in een natuurlijk systeem.

Opruimingspotentieel

"Het feit dat dit experiment werd uitgevoerd onder omstandigheden die spontaan zouden optreden bij de introductie van ijzer, bekend als nulwaardig ijzer, heeft positieve gevolgen voor de inspanningen voor het opruimen van het milieu in de ondergrondse of nucleaire afvalverwerkingssystemen, " zei corresponderende auteur Tatiana Levitskaia, een chemicus bij PNNL.

Onderzoekers ontdekten ook dat de aanwezigheid van technetium de oxidatie van het metallische ijzer en de uiteindelijke transformatie van ferrihydriet naar magnetiet vertraagt. Het langzamere proces geeft het technetium de tijd om in het magnetiet op te nemen.

Eenmaal gehuisvest in de kristallijne structuur, het technetium oxideert niet terug naar zijn meer mobiele vorm van pertechnetaat - het wordt in plaats daarvan voor de lange termijn afgezonderd, waardoor het risico van terugvloeien in het grondwater of de ondergrond tot een minimum wordt beperkt.

Het onderzoeksteam blijft werken met nulwaardig ijzer. Ze hebben zijn vermogen getest om technetium te scheiden en te sekwestreren in Hanford, waar opruimen verglazing inhoudt - of vloeibaar afval in glas veranderen - voor veilige opslag op lange termijn. Een deel van het technetium wordt mogelijk niet volledig opgenomen in het glas en komt in een secundaire afvalstroom terecht. Nulwaardig ijzer kan effectief zijn bij het verwijderen van technetium uit deze secundaire afvalstoffen.