Новые эксперименты в нанотехнологии

Эксперименты нанотехнологов показали, что во время сжатия твердого пористого тела его поры открываются шире, и этот процесс сопровождался впуском и последующим захватом ионов европия. Если принять во внимание, что ионы урана и европия довольно схожи, коллективом ученых из университета Южной Каролины (США), Йонсейского университета (Южная Корея) и университета Стэнфорда (США) высказано мнение, что это открытие может быть достаточно перспективным в отношении переработки ядерных отходов.

В качестве основного объекта для исследований был выбран натролит, алюмосиликатный минерал из группы цеолитов. Его отличительная особенность – поры крошечных размеров, расположенные на одинаковом расстоянии друг от друга. При этом известно около 100 из разновидностей с разным составом, которые отличаются размером полости поры. А значит, это позволяет использовать их в качестве объектов для захвата разных молекул и ионов.

Эксперименты в нанотехнологии показали, что цеолиты в состоянии разделять и даже сортировать различные химические соединения: если в рабочий раствор добавить смесь ионов, цеолиты будут сохранять только те ионы, которые по размерам помещаются в их порах.

Целью проведения исследований было определение, каким способом можно установить контроль над теми ионами, которые цеолиты будут удерживать в своих «складах». Ученые решили применить метод, который встречается нечасто в подобного рода исследованиях: давление.

Во время экспериментов с натролитом (природный цеолит с отношением «2:03:10», или «Al:Si:O»), ученым удалось заставить трёхвалентные ионы «Eu3+» пойти на обмен с ионами «К+». Когда рост давления был остановлен, все иммобилизованные ионы оказывались запертыми в подготовленной ловушке.

«В отношении натролита считалось, что захватить «Eu3+» с его помощью нельзя. Мы показали, что с использованием давления это возможно», — отметил Томас Фогт, профессор кафедры биохимии и химии Университета Южной Каролины.

Парадоксальность полученного результата состоит в том, что гидростатическое давление, которое используется в субмолекулярной алмазной наковальне, может превышать 1 Гпа, что заставляет поры натролита расширяться. «Эта способность позволяет создавать своеобразные ловушки, когда под давлением поры увеличиваются, пропускают внутрь необходимое вещество и затем схлопываются после сброса давления», — сообщил Фогт.

Достигнутые результаты в отношении ионов европия позволяют надеяться на успешность таких же опытов с ионами урана, то есть достичь прорыва в переработке ядерных отходов. «Радиус иона европия – 108.7 пиктометров. У урана - 103 пиктометра», — утверждает Фогт. «Нами доказано, что возможен обмен ионов европия с ионами калия, который способен замещать до 90% калия».

Кроме всего прочего, уверен Фогт считает, это и последующие исследования могут оказаться полезным для учёных, которые работают над изучением внутренних процессов в земной коре.