(Phys.org) - L'oxyde de graphène a une capacité remarquable à éliminer rapidement les matières radioactives de l'eau contaminée, des chercheurs de l'Université Rice et de l'Université d'État Lomonossov de Moscou ont découvert.

Un effort de collaboration du laboratoire Rice du chimiste James Tour et du laboratoire moscovite du chimiste Stepan Kalmykov a déterminé que microscopique, des flocons d'oxyde de graphène de l'épaisseur d'un atome se lient rapidement aux radionucléides naturels et artificiels et les condensent en solides. Les flocons sont solubles dans les liquides et facilement produits en vrac.

Les résultats expérimentaux ont été publiés dans le journal de la Royal Society of Chemistry Chimie Physique Physique Chimique .

La découverte, Tour a dit, pourrait être une aubaine dans le nettoyage de sites contaminés comme les centrales nucléaires de Fukushima endommagées par le tremblement de terre et le tsunami de 2011. Cela pourrait également réduire le coût de la fracturation hydraulique ("fracking") pour la récupération du pétrole et du gaz et aider à redémarrer l'exploitation américaine des métaux des terres rares, il a dit.

La grande surface spécifique de l'oxyde de graphène définit sa capacité à adsorber les toxines, dit Kalmykov. « Donc, les propriétés de rétention élevées ne nous surprennent pas, " dit-il. " Ce qui est étonnant, c'est la cinétique très rapide de la sorption, qui est la clé."

"Dans le monde probabiliste des réactions chimiques où des choses rares (faibles concentrations) se heurtent rarement à quelque chose avec lequel elles peuvent réagir, il y a une plus grande probabilité que la « magie » se produise avec l'oxyde de graphène qu'avec un gros morceau de bentonite, " a déclaré Steven Winston, un ancien vice-président de Lockheed Martin et Parsons Engineering et un expert en énergie nucléaire et en remédiation qui travaille avec les chercheurs. "En bref, rapide c'est bien."

Déterminer à quelle vitesse était l'objet d'expériences par le groupe de Kalmykov. Le laboratoire a testé l'oxyde de graphène synthétisé à Rice avec des déchets nucléaires simulés contenant de l'uranium, le plutonium et des substances comme le sodium et le calcium qui pourraient affecter négativement leur adsorption. Toutefois, l'oxyde de graphène s'est avéré bien meilleur que les argiles de bentonite et le charbon actif granulé couramment utilisés dans le nettoyage nucléaire.

Oxyde de graphène introduit dans des déchets simulés coagulés en quelques minutes, agglomérant rapidement les pires toxines, dit Kalmykov. Le processus a fonctionné sur une gamme de valeurs de pH.

"Voir l'étonnement de Stepan à quel point cela a bien fonctionné était une bonne confirmation, " a déclaré Tour. Il a noté que la collaboration a pris racine lorsque Alexander Slesarev, un étudiant diplômé de son groupe, et Anna Yu. Romanchuk, un étudiant diplômé du groupe de Kalmykov, rencontré lors d'une conférence il y a plusieurs années.

Les chercheurs se sont concentrés sur l'élimination des isotopes radioactifs des actinides et des lanthanides - les 30 éléments des terres rares du tableau périodique - des liquides, plutôt que des solides ou des gaz. « Bien qu'ils n'aiment pas tellement l'eau, ils peuvent et se cachent là-bas, " a déclaré Winston. " Du point de vue de la santé humaine et de l'environnement, c'est là qu'ils sont le moins bien accueillis."

Les radionucléides d'origine naturelle sont également indésirables dans les fluides de fracturation qui les ramènent à la surface lors des opérations de forage, Tour dit. "Lorsque l'eau souterraine sort d'un puits et qu'elle est radioactive au-dessus d'un certain niveau, ils ne peuvent pas le remettre en terre, " dit-il. " Il fait trop chaud. Les entreprises doivent expédier de l'eau contaminée vers des sites de stockage à travers le pays à des frais très élevés. » La capacité de filtrer rapidement les contaminants sur place permettrait d'économiser beaucoup d'argent, il a dit.

Il voit encore plus d'avantages potentiels pour l'industrie minière. Les exigences environnementales ont « essentiellement arrêté l'exploitation minière américaine de métaux des terres rares, qui sont nécessaires pour les téléphones portables, " Tour a dit. " La Chine possède le marché parce qu'ils ne sont pas soumis aux mêmes normes environnementales. Donc si cette technologie offre la chance de relancer l'exploitation minière ici, ça pourrait être énorme."

Tour a déclaré que la capture des radionucléides ne les rend pas moins radioactifs, juste plus facile à manipuler. "Là où vous avez d'énormes gisements de matières radioactives, comme à Fukushima, vous ajoutez de l'oxyde de graphène et récupérez un matériau solide à partir de ce qui n'était que des ions dans une solution, " dit-il. " Alors vous pouvez l'écumer et le brûler. L'oxyde de graphène brûle très rapidement et laisse un gâteau de matière radioactive que vous pouvez ensuite réutiliser."

Le faible coût et les qualités biodégradables de l'oxyde de graphène devraient le rendre approprié pour une utilisation dans des barrières réactives perméables, une technologie assez récente pour la dépollution in situ des eaux souterraines, il a dit.