"En attachant une molécule contenant de l'azote aux MOF, nos collègues ont montré qu'ils pouvaient capturer très efficacement ces molécules radioactives, " a déclaré le Dr Kui Tan, un chercheur scientifique de l'UT Dallas. Crédit :Université du Texas à Dallas
Dans une étude qui a utilisé des structures métallo-organiques (MOF) pour piéger des molécules radioactives, Les scientifiques de l'UT Dallas ont aidé à déterminer comment la liaison s'est produite et pourquoi la capacité de capture de l'iode était si élevée. Ce porte-échantillon permet de mesurer l'iode capturé dans la poudre de MOF.
Des chercheurs de l'Université du Texas à Dallas étudient l'efficacité d'une « éponge » nanométrique qui pourrait aider à filtrer les particules radioactives dangereuses des déchets nucléaires.
La capture efficace de ces sous-produits de l'énergie nucléaire augmenterait considérablement les efforts de recyclage et améliorerait le stockage sûr des matières radioactives, a déclaré le Dr Yves Chabal, directeur du Département de science et d'ingénierie des matériaux à l'École d'ingénierie et d'informatique Erik Jonsson.
Les chercheurs ont utilisé de minuscules structures métallo-organiques, ou MOF, pour piéger les molécules radioactives. Ils sont composés de centres d'ions métalliques et de molécules organiques qui relient entre elles des parties de la structure. Cela crée un échafaudage microscopique, ou piège, qui peut capturer des gaz spécifiques et d'autres molécules. Les travaux actuels se sont concentrés sur le test de la capacité d'adsorption de MOF spécifiques pour éliminer plus efficacement l'iode radioactif.
Alors que des matériaux poreux ont été utilisés pour capturer des molécules radioactives, la capacité des adsorbants existants reste insuffisante. L'adsorption est le processus par lequel une fine couche de molécules s'accroche à la surface des corps solides ou liquides - dans ce cas, les surfaces internes des MOF.
"Dans un crayon de combustible radioactif usé, il y a plusieurs éléments qui se dégradent à des rythmes différents. L'iode radioactif est l'un des principaux sous-produits, " a déclaré le Dr Kui Tan, un chercheur de l'UT Dallas et l'un des auteurs de l'étude récemment publiée dans la revue Communication Nature . "En attachant une molécule contenant de l'azote aux MOF, nos collègues ont montré qu'ils pouvaient capturer ces molécules radioactives de manière très efficace."
Cette poudre de MOF peut être fabriquée à moindre coût que les versions précédentes car elle incorpore de l'azote, l'élément le plus commun dans l'atmosphère terrestre. Crédit :Université du Texas à Dallas
L'énergie nucléaire représente environ 11 % de l'électricité mondiale, et les chercheurs examinent des méthodes plus efficaces et moins coûteuses pour capturer l'iode radioactif et d'autres sous-produits courants des réacteurs. Certains MOF imprégnés d'argent fonctionnent bien à haute température, mais sont chers et difficiles à recycler.
"Le professeur Jing Li et son équipe de l'Université Rutgers ont conçu et synthétisé les pièges moléculaires MOF, " a déclaré Tan. " Ils ont démontré que les MOF peuvent être fonctionnalisés en ajoutant des molécules contenant de l'azote pour former des liaisons chimiques fortes avec des iodures organiques, les piégeant ainsi dans les pores. Mais ils avaient besoin d'aide pour bien comprendre le mécanisme de liaison. C'est là que notre équipe et l'équipe de Wake Forest sont intervenues."
En utilisant la spectroscopie pour déterminer l'interaction de l'iode moléculaire et de l'iodure organique au sein du réseau fonctionnalisé, Tan et ses collègues ont découvert comment la liaison s'est produite et pourquoi la capacité de capture de l'iode était si élevée.
Alors que l'équipe Rutgers a découvert que les pièges moléculaires capturaient plus de 340 % de matières radioactives en plus que les adsorbants industriels actuels, les équipes de l'UT Dallas et Wake Forest ont déterminé pourquoi et comment, ce qui augmente considérablement l'impact du travail. Avec cette connaissance, il existe une base pour considérer d'autres matériaux et molécules pour un large éventail d'applications.
"La synthèse de ces MOFs est évolutive, et ils ont le potentiel d'être produits à l'échelle industrielle, " a déclaré Tan. " Nous comprenons vraiment mieux comment ces processus fonctionnent, et nous espérons que cela ouvre la possibilité de trouver de nouvelles applications."
Chabal et Tan ont noté que la collaboration entre Rutgers, L'UT Dallas et la Wake Forest University ont joué un rôle crucial dans la découverte de cette nouvelle méthode potentielle de piégeage des matières radioactives. Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology, Université des sciences et technologies du roi Abdallah en Arabie saoudite, et l'Université de Jilin en Chine ont également contribué à l'étude.
