Гранулы-ловушки: как пористые бусины вытягивают радиацию из воды
Команды Тяньцзиньского педагогического университета и Юго-Восточного педагогического университета разработали универсальный метод, который позволяет объединить 17 типов кристаллических пористых структур, или CPFs, с гидрофильным полиакриловой кислотой PAA или гидрофобным полиэфирсульфоном PES.
Гранулы CPFs очищают воду от технеция до уровня питьевой, преодолевая недостатки порошковых сорбентов и коммерческих смол. Источник: Science China Press
В результате получились 34 вида прочных пористых гранул размером в несколько миллиметров.
Техника микро-капельного формования позволила равномерно распределить материалы, такие как PG-HOF-2, в полимерной матрице с высокой степенью загрузки. Это сохранило кристаллическую структуру и предотвратило утечку микрочастиц, решив ключевые промышленные проблемы: засорение реакторов, сложность извлечения материала и вечный компромисс между высокой адсорбцией и механической прочностью.
Результаты опубликованы в издании National Science Review.
Гранулы PG-HOF-2/PES показали выдающиеся свойства:
- Рекордная скорость адсорбции (99,99% за 10 минут).
- Вместимость до 976,9 мг на грамм.
- Точная избирательность — гидрофобная поверхность лучше захватывает слабогидрофильные ионы TcO₄⁻ и ReO₄⁻, игнорируя конкурирующие примеси.
В тестах с реальными отходами низкой активности (LAW) 1 грамм гранул очистил 4,8 литра воды, снизив концентрацию Re/Tc до значений ниже норм ВОЗ (0,159 ppb) и EPA США (0,053 ppb). Для сравнения, коммерческая смола Purolite A530E оставила 8,498 ppb.
Расчеты на основе квантовой химии (DFT) подтвердили: PG-HOF-2 образует прочные связи с TcO₄⁻/ReO₄⁻, превосходя стандартные анионообменные смолы. Кроме того, гранулы CPF-X/PES стабильно работали лучше исходных порошков, доказывая универсальность метода.
Это настоящий прорыв в очистке жидких радиоактивных отходов. Технеций-99 и рений — опасные долгоживущие элементы, и их эффективное извлечение критично для экологии. Гранулы решают три проблемы сразу:
- Практичность — их легко использовать в промышленных колоннах без риска засоров.
- Экономия — высокая емкость и многократное использование снижают затраты.
- Безопасность — нет утечки токсичных микрочастиц.
Технология масштабируема: можно адаптировать под разные загрязнители, просто меняя пористый материал внутри полимера.
Хотя результаты впечатляют, в статье не указана стоимость производства гранул. Если синтез PG-HOF-2 окажется дороже коммерческих смол, внедрение замедлится, несмотря на преимущества. Также неясно, как поведет себя материал в сверхкислых или щелочных средах.
Ранее ученые сообщили, что оксид графена поглощает радиоактивные отходы.
