Materiál nové generace dokáže odstranit radioaktivní jód z vody

Nový objev může významně zlepšit likvidaci radioaktivity v kapalinách. Nová generace mikroporézního materiálu navrženého v Dartmouthu je výsledkem chemického „sešívání“ malých organických molekul do struktury, která dokáže odstranit jódový izotop z vody.

Výzkumníci z Dartmouth College (Hanover, USA) vyvinuli nový materiál, který poprvé odstranil jód z vody. Tento průlom může být klíčem při čištění radioaktivní vody v jaderných reaktorech a po jaderných haváriích jako například po nehodě v JE Fukušima z roku 2011.

„Dosud neexistuje finančně přijatelný způsob, jak odstraňovat radioaktivní jód z vody, ale současný způsob ponechání oceánu či řek zředit nebezpečný kontaminant je prostě příliš riskantní,“ řekl Chenfeng Ke, vědecký pracovník katedry chemie na Dartmouth College. „Nejsme si jisti, jak efektivní tento proces bude, ale je to rozhodně první krok vpřed k poznání jeho skutečného potenciálu.“

Radioaktivní jód je běžným vedlejším produktem jaderného štěpení a znečišťující látkou unikající do životního prostředí při jaderných katastrofách, kdy dochází k tavení paliva (např. Japonsko, či sovětský Černobyl v roce 1986). Zatímco odstranění radioaktivního jódu z plynného skupenství je celkem běžné, před Dartmouthským výzkumem se jej nikdy nepodařilo odstranit z vody.

Přelomový objev

„Vyřešili jsme dlouho neřešitelný vědecký problém výroby porézního materiálu s vysokou krystalinitou (podíl krystalického obsahu, části struktury s čistě krystalickými vlastnostmi, ve struktuře polymeru), který je zároveň chemicky stabilní v silně kyselých i bazických kapalinách,“ tvrdí Ke. „V procesu vývoje materiálu, který bojuje s přírodním znečištěním, jsme zároveň vytvořili metodu, která je cestou k nové třídě porézních organických materiálů.“

Výzkum publikovaný 31. května v časopise Journal of the American Chemical Society popisuje, jak výzkumníci použili sluneční záření k propojení malých molekul uvnitř velkých krystalů pro vytvoření nového materiálu. Tento přístup je odlišný od tradičních metod slučování molekul do jednoho bodu.

Jód 131 je radioaktivní izotop jódu s poločasem rozpadu 8 dní. K jeho uvolňování (vytváření) dochází při štěpení uranu a plutonia, proto byl nedílnou součástí testů jaderných bomb a při jaderných haváriích. Radioaktivní jód se v těle nejčastěji ukládá ve štítné žláze, kde můžu zapříčinit vznik rakoviny. Jako ochrana štítné žlázy před radioaktivním jódem se používá „jodová profylaxe“, tedy tablety stabilního jodidu draselného, který při doporučené dávce pro dospělého 130 mg, vyplní štítnou žlázu a blokuje ukládání radioaktivního jódu.

Vysoká účinnost již po 30 minutách

Během výzkumu bylo dosaženo redukce jodidu z původních 288 ppm (parts per milion 10  000 ppm = 1%) na 18 ppm do 30 minut a pod úroveň 1 ppm po uplynutí 24 hodin. Metoda měkkého sešívání vytváří prodyšný materiál, který mění tvar a dokázal adsorbovat množství jódu rovného dvojnásobku své hmotnosti. Při testování se ukázalo, že sloučenina je navíc elastická, což ji činí opakovaně použitelnou a je tak při čištění životního prostředí potenciálně ještě hodnotnější.

Protože má nižší hustotu než voda, plave tento materiál na hladině a adsorbuje jód, tím se stává těžší a potopí se. Potom co sloučenina „natáhne“ na sebe jód, může být sesbírána, vyčištěna a opětovně použita, zatímco radioaktivní prvky jsou odeslány ke zpracování nebo uložení.

Nejen pro radioaktivní jód

Laboratorní výzkum použil pro experiment neradioaktivní jód ve slané vodě. Výzkumníci ale tvrdí, že materiál funguje i v reálných podmínkách. Ke a jeho tým doufá, že při dalších testech prokáže materiál své vlastnosti i při interakci s Cesiem a dalšími radioaktivními kontaminanty spojenými s jaderným průmyslem.

„Mohla by to být ideální sloučenina pro odstraňování více radioaktivních prvků, ne pouze jódu – chtěli bychom přeci vyčistit všechny radioaktivní izotopy najednou,“ říká Ke.

Výzkumníci z oboru funkčních materiálů na univerzitě Dartmouth také věří, že tato technika může být použita pro výrobu materiálů, které budou cílit na likvidaci ostatních typů anorganických a organických znečišťujících látek, jakými jsou například antibiotika v řádech pitné vody, která mohou časem vést ke vzniku super-rezistentních mikroorganismů.