Ученые НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива установили, что металлоорганическая каркасная структура на основе дубильной кислоты может эффективно улавливать уранил – наиболее опасный компонент жидких радиоактивных отходов. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале Langmuir.
Дубильная кислота – известный природный адсорбент, она содержится во многих растениях и вплоть до начала XX века использовалась для лечения отравлений. Множество гидроксильных групп делают ее «липкой» – способной адсорбировать разные молекулы за счет водородных связей. По этой же причине она отлично растворяется в воде, из-за чего до сих пор ее не удавалось использовать для очистки жидких отходов, отметил автор исследования, профессор НИЯУ МИФИ Константин Катин.
«Недостатки того или иного материала часто являются продолжением его достоинств. Адсорбционные свойства дубильной кислоты очень привлекательны с точки зрения очистки жидких радиоактивных отходов. Однако ее высокая растворимость делала неосуществимыми какие-либо разработки в этом направлении, пока нам не удалось синтезировать металлоорганический каркас на основе дубильной кислоты и железа. Такой каркас нерастворим, но при этом сохраняет отличные адсорбционные свойства», – рассказал он.
С помощью квантово-химических вычислений исследователи теоретически предсказали строение и характеристики металлоорганической каркасной структуры на основе дубильной кислоты и железа, а затем проверили их на практике. Они провели серию экспериментов методами инфракрасной спектроскопии, сканирующей электронной микроскопии, рентгеновского анализа и адсорбционных исследований и подтвердили способность металлоорганической каркасной структуры эффективно улавливать уранил – наиболее опасный компонент жидких радиоактивных отходов.
Уран – ценный металл и важное сырье для ядерной энергетики, поэтому его извлечение из отходов может иметь не только экологическое, но и экономическое значение. Значительное количество урана попадает в воду в результате работы атомных электростанций, а также по естественным причинам, таким как извержения вулканов.
«Синтезированный нами комплекс способен улавливать уранил во всем практически интересном диапазоне условий (температуры и кислотности), характерных для жидких отходов, содержащих уран. Дальнейшее совершенствование технологии может сделать экономически целесообразным добычу урана из морской воды», – заключил Константин Катин.