Разработаны микроскопические структуры, предназначенные для извлечения урана из сточных вод, образующихся на атомных электростанциях и предприятиях, производящих радиоактивные изотопы.
Ядерная энергетика в настоящее время является одним из самых результативных методов производства электроэнергии. Число атомных электростанций увеличивается с каждым годом, что приводит к постепенной замене угольных теплоэлектроцентралей. Тем не менее, данная технология сталкивается с рядом проблем. Одной из них являются радиоактивные отходы.
При расщеплении ядер урана выделяется значительное количество энергии, а также образуется смесь изотопов других элементов. Эта смесь прессуется и складируется, однако с течением времени радиоактивные элементы могут проникать в воду, и в случае аварии загрязнение может распространиться на большие расстояния.
Теперь ученые разработали материалы для захвата, отделения, удаления и извлечения радиоактивного урана из воды. Одним из наиболее перспективных современных подходов для создания таких структур стало использование металлоорганических каркасов (МОК) — соединений, способных удерживать различные атомы и вещества, в том числе радиоактивный уран, внутри своих пор.
В рамках нового исследования ученые внесли изменения в металлорганический каркас (МОК) ZIF-8, добавив «микродвигатель». Согласно предварительным расчетам, эта модификация должна позволить молекуле захватывать радиоактивные загрязнения и удерживать их. Для создания самоходных микророботов исследователи разработали стержни ZIF-8, диаметр которых в 15 раз меньше диаметра человеческого волоса.
Для стабилизации структуры в нее были введены атомы железа и наночастицы оксида железа, что также придало ей магнитные свойства. Наночастицы платины, выполняющие роль катализатора и расположенные на одном из концов каждого стержня, обеспечивают разложение перекиси водорода на воду. Этот процесс сопровождается выделением кислорода в виде пузырьков, которые приводят в движение «микророботов», обеспечивая их перемещение по течению. Благодаря подобному принципу работы наноструктуры способны за короткое время преодолевать путь, во 60 раз превышающий их собственную длину.
Микророботы смогли удалить 96% урана из имитированных радиоактивных сточных вод всего за один час. После этого ученые с помощью магнита извлекли наночастицы, из которых был выделен чистый уран. По мнению специалистов, подобные наноструктуры в будущем могут оказаться полезными для очистки и переработки радиоактивных отходов.