مادة جديدة لإزالة الغاز المشع

قد تؤثر نتائج البحث التي توصل إليها فريق من الكيميائيين على الجهود العالمية لإنتاج طاقة نووية أكثر أمانًا ونظافة وتقليل كمية النفايات المشعة

قد تؤثر نتائج البحث التي توصل إليها فريق من الكيميائيين على الجهود العالمية لإنتاج طاقة نووية أكثر أمانًا ونظافة وتقليل كمية النفايات المشعة.

استخدم الباحثون الأطر المعدنية العضوية (MOFs) لالتقاط وإزالة الغاز المشع المتطاير (اليود) من نفايات الوقود النووي. وقالت الكيميائية تينا نينوف من قسم علوم السطح في مختبرات سانديا الوطنية التابعة لشركة لوكهيد مارتن: "هذه واحدة من أولى المحاولات لاستخدام مواد من هذه العائلة لاحتجاز اليود".

ويمكن استخدام هذا الاكتشاف لإعادة معالجة الوقود النووي أو لتنظيف المفاعلات النووية بعد وقوع حوادث العمل فيها. ومن خصائص الطاقة النووية أن الوقود الذي تم استخدامه بالفعل يمكن إعادة معالجته من أجل إعادة تدوير المواد الانشطارية وتوفير وقود جديد لمحطات الطاقة النووية. وتقوم دول مثل فرنسا وروسيا والهند بإعادة معالجة الوقود المستعمل. كما تقلل هذه العملية من حجم النفايات نفسها. يقول الباحث: "الهدف هو إيجاد طريقة لعمليات الفصل الأكثر انتقائية التي تؤدي إلى تقليل كمية النفايات النووية المنقولة إلى مكب النفايات".

يكمن جزء من التحدي في إعادة المعالجة في فصل وعزل المكونات المشعة التي لا يمكن استخدامها كوقود. وركز فريق الباحثين على إزالة اليود، وهو مادة يبلغ عمر نصف نظائرها 16 مليون سنة، من الوقود المستهلك. وقاموا بدراسة المواد المعروفة، بما في ذلك الزيوليت الغني بالفضة، وهي مواد بلورية ومسامية ذات فتحات منتظمة ومساحة سطحية عالية وثبات ميكانيكي وحراري وكيميائي عالي. هناك زيوليتات قادرة على التقاط وإزالة اليود من تيار الوقود النووي المستهلك، ولكنها تتطلب إضافة الفضة لكي تعمل بشكل صحيح. يوضح الباحث: "ترتبط ذرات الفضة بذرات اليود لتكوين ملح يوديد الفضة". "يحتوي الزيوليت على ذرات الفضة في مسامه ثم تتفاعل مع ذرات اليود للحصول على يوديد الفضة المحتجز داخل الزيوليت."

ومع ذلك، تعتبر الفضة مادة باهظة الثمن وتشكل أيضًا مصدر إزعاج بيئي، لذلك حاول فريق الباحثين إعداد مواد خالية من الفضة يمكن أن تعمل بشكل مشابه للزيوليت بالإضافة إلى أن لديها قدرة أعلى على التقاط جزيئات الغاز. لقد بحثوا واختبروا مدى دقة امتصاص الزيوليت لذرات اليود فيه، ثم استخدموا المكونات الأكثر أهمية داخله للوصول إلى أفضل مادة من عائلة الهيكل العظمي المعدني العضوي، الملقبة بـ ZIF-8. يقول الباحث: "لقد قمنا بدراسة الخصائص الهيكلية التي عملت بها المواد السابقة ونسخها في المواد الجديدة والمحسنة".

الأطر المعدنية العضوية عبارة عن مواد بلورية ومسامية يرتبط فيها نواة مركزية من ذرات المعدن بالجزيئات العضوية من خلال التخليق الكيميائي. إن اختيار نوع المعدن ونوع الجزيء العضوي هو الذي يؤدي إلى ظهور الهيكل النهائي الفريد. كان التحدي يتمثل في إيجاد مثل هذا الهيكل ذو الانتقائية العالية لذرات اليود.

أخذ الباحثون أفضل سمات الزيوليت المسمى موردينيت - مساميته، ومساحة سطحه الكبيرة، واستقراره وامتصاصه الكيميائي - ووجدوا هيكلًا عضويًا معدنيًا قادرًا على فصل جزيء معين، في هذه الحالة اليود، عن مجموعة من العناصر الأخرى. جزيئات. يمكن حقن الهيكل المعدني العضوي وغاز اليود المحبوس في مسامه في نفايات الزجاج لتخزينها على المدى الطويل. وتمكن الباحثون أيضًا من إنشاء المنتج النهائي في شكل أقراص ثابتة، بدلاً من شكل مسحوق، والذي يميل إلى التفريق بسهولة مع أي نسيم خفيف. وقد تم تقديم طلب براءة اختراع لهذا الشكل. ونشرت نتائج البحث في المجلة العلمية Journal of the American Chemical Society.
أخبار الدراسة