In uno studio che ha utilizzato strutture metallo-organiche (MOF) per intrappolare molecole radioattive, Gli scienziati di UT Dallas hanno contribuito a determinare come si è verificato il legame e perché la capacità di cattura dello iodio era così alta. Questo portacampioni consente di misurare lo iodio catturato nella polvere MOF.

I ricercatori dell'Università del Texas a Dallas stanno studiando l'efficacia di una "spugna" su nanoscala che potrebbe aiutare a filtrare pericolose particelle radioattive dai rifiuti nucleari.

Catturare efficacemente questi sottoprodotti dell'energia nucleare aumenterebbe notevolmente gli sforzi di riciclaggio e migliorerebbe lo stoccaggio sicuro dei materiali radioattivi, ha detto il dottor Yves Chabal, capo del Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali presso la Erik Jonsson School of Engineering and Computer Science.

I ricercatori hanno utilizzato minuscole strutture metallo-organiche, o MOF, per intrappolare molecole radioattive. Sono composti da centri ionici metallici e molecole organiche che collegano tra loro parti della struttura. Questo crea un'impalcatura microscopica, o trappola, in grado di catturare gas specifici e altre molecole. Il lavoro attuale si è concentrato sulla verifica della capacità di adsorbimento di MOF specifici per rimuovere lo iodio radioattivo in modo più efficiente.

Mentre i materiali porosi sono stati utilizzati per catturare molecole radioattive, la capacità degli adsorbenti esistenti rimane insufficiente. L'adsorbimento è il processo mediante il quale un sottile strato di molecole si aggrappa alle superfici di corpi solidi o liquidi, in questo caso, le superfici interne dei MOF.

"In una barra di combustibile radioattivo esaurito, ci sono diversi elementi che decadono a velocità diverse. Lo iodio radioattivo è uno dei sottoprodotti primari, " ha detto il dottor Kui Tan, uno scienziato ricercatore di UT Dallas e uno degli autori dello studio recentemente pubblicato sulla rivista Comunicazioni sulla natura . "Attaccando una molecola contenente azoto ai MOF, i nostri colleghi hanno dimostrato di poter catturare queste molecole radioattive in modo molto efficiente".

L'energia nucleare rappresenta circa l'11% dell'elettricità mondiale, e i ricercatori stanno esaminando metodi più efficienti e meno costosi per catturare lo iodio radioattivo e altri sottoprodotti comuni dai reattori. Alcuni MOF impregnati di argento si comportano bene ad alte temperature, ma sono costosi e difficili da riciclare.

"La professoressa Jing Li e il suo team alla Rutgers University hanno progettato e sintetizzato le trappole molecolari MOF, " ha detto Tan. "Hanno dimostrato che i MOF possono essere funzionalizzati aggiungendo molecole contenenti azoto per formare forti legami chimici con ioduri organici, intrappolandoli così nei pori. Ma avevano bisogno di aiuto per comprendere appieno il meccanismo di legame. È qui che sono entrati in gioco il nostro team e il team di Wake Forest".

Utilizzando la spettroscopia per determinare l'interazione di iodio molecolare e ioduro organico all'interno del reticolo funzionalizzato, Tan e i suoi colleghi hanno scoperto come si è verificato il legame e perché la capacità di cattura dello iodio era così alta.

Mentre il team di Rutgers ha scoperto che le trappole molecolari catturavano più del 340 percento di materiale radioattivo in più rispetto agli attuali adsorbenti industriali, i team UT Dallas e Wake Forest hanno determinato perché e come, che aumenta notevolmente l'impatto del lavoro. Con questa conoscenza, esiste una base per considerare altri materiali e molecole per un'ampia gamma di applicazioni.

"La sintesi di questi MOF è scalabile, e hanno il potenziale per essere prodotti su scala industriale, " ha detto Tan. "Capiamo davvero meglio come funzionano questi processi, e speriamo che apra la possibilità di trovare nuove applicazioni".

Sia Chabal che Tan hanno notato che la collaborazione tra Rutgers, UT Dallas e la Wake Forest University sono stati fondamentali per trovare questo nuovo potenziale metodo per intrappolare materiali radioattivi. Ricercatori del Massachusetts Institute of Technology, King Abdullah University of Science and Technology in Arabia Saudita, e anche la Jilin University in Cina hanno contribuito allo studio.