Milioni di procedure di imaging medico ogni anno si basano sul tecnezio radioattivo. Uno dei suoi radioisotopi decade rapidamente ed è utile come materiale tracciante nella medicina nucleare. Ma un altro, tecnezio-99, è molto longevo, comporta un rischio per l'ambiente, ed è una potenziale minaccia per la salute.

Il tecnezio può essere trovato nei rifiuti dei reattori nucleari e nei siti che trattavano l'uranio per armi nucleari durante la Guerra Fredda, come il sito di Hanford nello stato di Washington. La forma più diffusa di tecnezio, chiamata pertecnetato, è solubile in acqua e ha un alto potenziale di diffusione nel suolo e nelle acque sotterranee.

Ma ora, ricercatori del Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Università Internazionale della Florida, e l'Illinois Institute of Technology sono più vicini a capire come alte concentrazioni di tecnezio-99 possono essere trattate con il semplice ferro, che è poco costoso e facilmente disponibile.

Il team ha recentemente completato esperimenti in cui quasi tutto il 99,8% del tecnezio è stato rimosso da una soluzione liquida dopo un mese a contatto con particelle di ferro. Ciò si verifica quando il ferro si ossida o perde elettroni in un processo chimico chiamato rimozione riduttiva.

"Li lasciamo semplicemente sedere in contatto l'uno con l'altro, " ha detto Daria Boglaienko, uno scienziato ambientale al PNNL. "Ecco cosa c'è di diverso in questo studio. Non abbiamo controllato alcun parametro come l'acidità o la temperatura o il contenuto di ossigeno. Abbiamo semplicemente lasciato che la reazione si svolgesse spontaneamente, come farebbe in natura se questi due composti entrassero in contatto l'uno con l'altro."

Il team ha continuato ad analizzare i prodotti di reazione su scala atomica con strumenti sofisticati presso il Laboratorio di elaborazione radiochimica del PNNL e due strutture per gli utenti dell'Ufficio delle scienze del Dipartimento dell'energia degli Stati Uniti:EMSL, il Laboratorio di Scienze Molecolari Ambientali del PNNL, e la sorgente di fotoni avanzata, situato presso il Laboratorio Nazionale Argonne.

Studi precedenti hanno osservato questa reazione in condizioni anaerobiche controllate e/o con carichi relativamente bassi di tecnezio. Ma questo studio è il primo a mostrare come la reazione avvenga spontaneamente in condizioni aerobiche con alte concentrazioni di tecnezio, e per capire come il tecnezio è incorporato nel reticolo minerale di ferro.

I ricercatori hanno rivelato in Chimica delle comunicazioni che i gruppi di tecnezio incorporano parzialmente nei minerali di ferro, come magnetite, durante la simultanea ossidazione e mineralizzazione del ferro. Questo è lo stesso meccanismo di incorporazione che ci si aspetterebbe in un sistema naturale.

Potenziale di pulizia

"Il fatto che questo esperimento sia stato condotto in condizioni che si sarebbero verificate spontaneamente con l'introduzione del ferro, noto come ferro zerovalente, ha implicazioni positive per gli sforzi di pulizia ambientale nel sottosuolo o nei sistemi di trattamento delle scorie nucleari, " ha detto l'autore corrispondente Tatiana Levitskaia, un chimico al PNNL.

I ricercatori hanno anche scoperto che la presenza di tecnezio rallenta l'ossidazione del ferro metallico e la sua trasformazione finale da ferriidrite a magnetite. Il processo più lento dà al tecnezio il tempo di incorporarsi nella magnetite.

Una volta alloggiato all'interno della struttura cristallina, il tecnezio non si ri-ossida nella sua forma più mobile di pertecnetato, ma viene invece sequestrato a lungo termine, che riduce al minimo il rischio di rilascio nelle acque sotterranee o nell'ambiente sotterraneo.

Il team di ricerca continua a lavorare con ferro a valenza zero. Hanno testato la sua capacità di separare e sequestrare il tecnezio ad Hanford, dove la pulizia comporterà la vetrificazione, o la trasformazione dei rifiuti liquidi in vetro, per una conservazione sicura a lungo termine. Una parte del tecnezio potrebbe non essere completamente incorporata nel vetro e finire in un flusso di rifiuti secondario. Il ferro a valore zero può essere efficace nella rimozione del tecnezio da questi rifiuti secondari.