Новый адсорбент эффективно поглотил криптон-85 | Популярный Университет

Новый адсорбент эффективно поглотил криптон-85

Новый адсорбент эффективно поглощает радиоактивный криптон-85

Исследователи из США продемонстрировали использование металл-органической каркасной структуры SIFSIX-3-Cu в качестве твёрдого адсорбента. Вещество позволяет эффективно отделять радиоактивный изотоп криптона-85 из смеси газов и обладает высокой устойчивостью к радиации. Разработка позволит удешевить очистку газовых отходов атомной энергетики. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

В процессе работы атомной электростанции и при последующей переработке отработавшего ядерного топлива образуется значительное количество летучих радиоактивных веществ. Среди них — криптон-85, улавливать который достаточно сложно и дорого.

Собрать летучий радионуклид из отходящих газов можно, например, пропуская их через твёрдый адсорбент — пористое вещество, способное удерживать в себе атомы и молекулы проходящих веществ. Такой адсорбент должен удовлетворять нескольким условиям. Во-первых, обладать хорошей селективностью и ёмкостью поглощения. По этому критерию не подходят традиционные сорбенты, такие как цеолиты и активированный уголь. Во-вторых, вещество не должно разрушаться под действием радиации.

В качестве адсорбентов многообещающе выглядят металл-органические каркасные структуры (МОК) — ионы или кластеры металлов, соединенные органическими молекулами. Пустоты в кристаллической структуре таких веществ отлично подходят для улавливания отдельных атомов и молекул газа. Подходящие для адсорбции криптона-85 каркасные структуры учёные уже предлагали ранее, однако лучшие их представители не обладали необходимой радиационной устойчивостью.

Исследователи из США обратили внимание на семейство структур, называемых SIFSIX-3-M (где M = Zn, Cu, Ni, Co, Fe). Это производные гексафторсиликатов металлов и молекул пиразина. Из-за небольшого размера молекул пиразина, структура таких кристаллов содержит поры очень небольшого размера — порядка 3-4 ангстрем, — которые могут задерживать небольшие атомы и молекулы.

Авторы работы провели серию экспериментов по облучению гамма-квантами кристаллов SIFSIX-3-M на основе различных металлов — Zn, Ni, Fe, Co, Cu. Наиболее стабильной оказалась структура, содержащая медь — SIFSIX-3-Cu. Она выдержала дозу облучения вплоть до 50 килогрей.

Сорбционные эксперименты показали, что SIFSIX-3-Cu сорбирует ксенон и углекислый газ (которые также содержатся в отходящих газах) лучше, чем криптон, а криптон — значительно лучше, чем азот и кислород. Поэтому авторы предложили использовать этот адсорбент при двухстадийном синтезе.

Схематическое изображение двухстадийного (two-bed) метода очистки газа
Схематическое изображение двухстадийного (two-bed) метода очистки газа. Первая колонна (BED-1) сорбирует преимущественно углекислый газ и ксенон, а вторая (BED-2) — криптон

Для такого метода обычно используют две колонны, заполненные одним и тем же твёрдым адсорбентом. Сначала газ для очищения пропускают через первую — в ней сорбируется ксенон и углекислый газ, а уже затем — через вторую, которая сорбирует преимущественно криптон. На выходе же получается газ, полностью очищенный от радиоактивного изотопа криптона-85.

Применение такого адсорбента позволит увеличить качество очистки газообразных отходов атомной энергетики от летучих радиоактивных веществ и сделать этот процесс дешевле.

Автор: Максим Мазурин
Редактор: Анастасия Воротникова

Понравился наш материал? Подписывайся на «Популярный университет» в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: