(Phys.org)—Grafeenoxide heeft een opmerkelijk vermogen om snel radioactief materiaal uit besmet water te verwijderen, hebben onderzoekers van Rice University en Lomonosov Moscow State University gevonden.

Een gezamenlijke inspanning van het Rice-lab van scheikundige James Tour en het Moskouse laboratorium van scheikundige Stepan Kalmykov stelde vast dat microscopische, atoomdikke vlokken grafeenoxide binden zich snel aan natuurlijke en door de mens gemaakte radionucliden en condenseren ze tot vaste stoffen. De vlokken zijn oplosbaar in vloeistoffen en gemakkelijk in bulk te produceren.

De experimentele resultaten werden gerapporteerd in het tijdschrift Royal Society of Chemistry Fysische chemie Chemische fysica .

De vondst, toer zei, zou een zegen kunnen zijn bij het opruimen van vervuilde locaties zoals de kerncentrales van Fukushima die zijn beschadigd door de aardbeving en tsunami van 2011. Het zou ook de kosten van hydraulisch breken ("fracking") voor olie- en gaswinning kunnen verlagen en de Amerikaanse winning van zeldzame aardmetalen helpen heropstarten. hij zei.

Het grote oppervlak van grafeenoxide bepaalt het vermogen om gifstoffen te adsorberen, zei Kalmykov. "Dus de hoge retentie-eigenschappen zijn voor ons niet verrassend, " zei hij. "Wat verbazingwekkend is, is de zeer snelle kinetiek van sorptie, dat is de sleutel."

"In de probabilistische wereld van chemische reacties waar schaars materiaal (lage concentraties) zelden tegen iets botst waarmee het kan reageren, er is een grotere kans dat de 'magie' zal gebeuren met grafeenoxide dan met een grote oude homp bentoniet, " zei Steven Winston, een voormalig vice-president van Lockheed Martin en Parsons Engineering en een expert in kernenergie en sanering die samenwerkt met de onderzoekers. "Kortom, snel is goed."

Bepalen hoe snel het object was van experimenten door de Kalmykov-groep. Het laboratorium testte grafeenoxide gesynthetiseerd in Rice met gesimuleerd nucleair afval dat uranium bevat, plutonium en stoffen zoals natrium en calcium die hun adsorptie negatief kunnen beïnvloeden. Toch, grafeenoxide bleek veel beter dan de bentonietklei en gegranuleerde actieve kool die gewoonlijk worden gebruikt bij nucleaire opruiming.

Grafeenoxide geïntroduceerd in gesimuleerd afval stolde binnen enkele minuten, snel de ergste gifstoffen samenklonteren, zei Kalmykov. Het proces werkte over een reeks pH-waarden.

"Om Stepans verbazing te zien over hoe goed dit werkte, was een goede bevestiging, " zei Tour. Hij merkte op dat de samenwerking wortel schoot toen Alexander Slesarev, een afgestudeerde student in zijn groep, en Anna Yu. Romantsjoek, een afgestudeerde student in de groep van Kalmykov, ontmoette elkaar enkele jaren geleden op een conferentie.

De onderzoekers richtten zich op het verwijderen van radioactieve isotopen van de actiniden en lanthaniden - de 30 zeldzame aardelementen in het periodiek systeem - uit vloeistoffen, in plaats van vaste stoffen of gassen. "Hoewel ze niet zo van water houden, ze kunnen en zullen zich daar verstoppen, " zei Winston. "Vanuit het oogpunt van de menselijke gezondheid en het milieu, daar zijn ze het minst welkom."

Natuurlijk voorkomende radionucliden zijn ook ongewenst in frackingvloeistoffen die ze bij booroperaties naar de oppervlakte brengen, zei toer. "Als grondwater uit een put komt en boven een bepaald niveau radioactief is, ze kunnen het niet terug in de grond stoppen, "zei hij. "Het is te warm. Bedrijven moeten verontreinigd water tegen zeer hoge kosten naar opslaglocaties in het hele land vervoeren." De mogelijkheid om verontreinigende stoffen snel ter plaatse uit te filteren, zou veel geld besparen, hij zei.

Hij ziet nog grotere potentiële voordelen voor de mijnbouw. Milieuvereisten hebben "in wezen de Amerikaanse winning van zeldzame aardmetalen stopgezet, die nodig zijn voor mobiele telefoons, Tour zei. "China is eigenaar van de markt omdat ze niet aan dezelfde milieunormen zijn onderworpen. Dus als deze technologie de kans biedt om de mijnbouw hier nieuw leven in te blazen, het kan enorm zijn."

Tour zei dat het vastleggen van radionucliden ze niet minder radioactief maakt, gewoon makkelijker te hanteren. "Waar je enorme poelen radioactief materiaal hebt, zoals in Fukushima, je voegt grafeenoxide toe en krijgt een vast materiaal terug van wat gewoon ionen in een oplossing waren, ' zei hij. 'Dan kun je het eraf afromen en verbranden. Grafeenoxide brandt heel snel en laat een koek van radioactief materiaal achter die je vervolgens kunt hergebruiken."

De lage kosten en biologisch afbreekbare eigenschappen van grafeenoxide zouden het geschikt moeten maken voor gebruik in permeabele reactieve barrières, een vrij nieuwe technologie voor in-situ grondwatersanering, hij zei.