(Phys.org) — L'ossido di grafene ha una notevole capacità di rimuovere rapidamente il materiale radioattivo dall'acqua contaminata, lo hanno scoperto i ricercatori della Rice University e della Lomonosov Moscow State University.

Uno sforzo collaborativo del laboratorio Rice del chimico James Tour e del laboratorio di Mosca del chimico Stepan Kalmykov ha determinato che microscopico, scaglie spesse come un atomo di ossido di grafene si legano rapidamente ai radionuclidi naturali e prodotti dall'uomo e li condensano in solidi. I fiocchi sono solubili in liquidi e facilmente prodotti alla rinfusa.

I risultati sperimentali sono stati riportati sulla rivista Royal Society of Chemistry Chimica Fisica Fisica Chimica .

La scoperta, Tour ha detto, potrebbe essere un vantaggio nella bonifica di siti contaminati come le centrali nucleari di Fukushima danneggiate dal terremoto e dallo tsunami del 2011. Potrebbe anche ridurre il costo della fratturazione idraulica ("fracking") per il recupero di petrolio e gas e aiutare a riavviare l'estrazione americana di metalli delle terre rare, Egli ha detto.

L'ampia superficie dell'ossido di grafene definisce la sua capacità di assorbire le tossine, ha detto Kalmykov. "Quindi le proprietà di alta ritenzione non ci sorprendono, " ha detto. "Ciò che è sorprendente è la cinetica molto veloce di assorbimento, che è fondamentale."

"Nel mondo probabilistico delle reazioni chimiche in cui cose scarse (basse concentrazioni) si scontrano raramente con qualcosa con cui può reagire, c'è una maggiore probabilità che la "magia" accada con l'ossido di grafene che con un grosso pezzo vecchio di bentonite, " ha detto Steven Winston, un ex vicepresidente di Lockheed Martin e Parsons Engineering e un esperto di energia nucleare e bonifica che sta lavorando con i ricercatori. "In breve, veloce è buono."

Determinazione della velocità oggetto di esperimenti da parte del gruppo Kalmykov. Il laboratorio ha testato l'ossido di grafene sintetizzato alla Rice con rifiuti nucleari simulati contenenti uranio, plutonio e sostanze come sodio e calcio che potrebbero influire negativamente sul loro assorbimento. Comunque, l'ossido di grafene si è dimostrato di gran lunga migliore delle argille bentonitiche e del carbone attivo granulato comunemente usati nella pulizia nucleare.

Ossido di grafene introdotto in rifiuti simulati coagulati in pochi minuti, ammassando rapidamente le tossine peggiori, ha detto Kalmykov. Il processo ha funzionato su una gamma di valori di pH.

"Vedere lo stupore di Stepan per come questo ha funzionato è stata una buona conferma, " Tour ha detto. Ha notato che la collaborazione ha messo radici quando Alexander Slesarev, uno studente laureato nel suo gruppo, e Anna Yu. Romanchuk, uno studente laureato nel gruppo di Kalmykov, incontrati a un convegno diversi anni fa.

I ricercatori si sono concentrati sulla rimozione degli isotopi radioattivi degli attinidi e dei lantanidi - i 30 elementi delle terre rare nella tavola periodica - dai liquidi, piuttosto che solidi o gas. "Anche se a loro non piace molto l'acqua, possono e si nascondono là fuori, " Winston ha detto. "Dal punto di vista della salute umana e dell'ambiente, è lì che sono meno benvenuti."

I radionuclidi naturali sono anche sgraditi nei fluidi di fracking che li portano in superficie nelle operazioni di perforazione, Tour ha detto. "Quando l'acqua sotterranea esce da un pozzo ed è radioattiva al di sopra di un certo livello, non possono rimetterlo nel terreno, " ha detto. "Fa troppo caldo. Le aziende devono spedire acqua contaminata ai siti di deposito in tutto il paese a spese molto elevate." La capacità di filtrare rapidamente i contaminanti in loco farebbe risparmiare una grande quantità di denaro, Egli ha detto.

Vede potenziali vantaggi ancora maggiori per l'industria mineraria. I requisiti ambientali hanno "sostanzialmente interrotto l'estrazione di metalli delle terre rare negli Stati Uniti, che sono necessari per i telefoni cellulari, " Tour ha detto. "La Cina possiede il mercato perché non sono soggetti agli stessi standard ambientali. Quindi, se questa tecnologia offre la possibilità di far rivivere l'estrazione mineraria qui, potrebbe essere enorme".

Tour ha detto che catturare i radionuclidi non li rende meno radioattivi, solo più facile da gestire. "Dove hai enormi pozze di materiale radioattivo, come a Fukushima, aggiungi ossido di grafene e ottieni un materiale solido da quelli che erano solo ioni in una soluzione, " disse. "Allora puoi scremarlo e bruciarlo. L'ossido di grafene brucia molto rapidamente e lascia una torta di materiale radioattivo che puoi riutilizzare".

Il basso costo e le qualità biodegradabili dell'ossido di grafene dovrebbero renderlo appropriato per l'uso in barriere reattive permeabili, una tecnologia abbastanza nuova per la bonifica in situ delle acque sotterranee, Egli ha detto.