Створено реактивні мікроботи для прибирання радіоактивних відходів

Хіміки постійно шукають нові шляхи вирішення проблеми ядерних відходів.

Інженери створили прості мініатюрні пристрої, здатні ефективно видаляти уран з рідких відходів атомних електростанцій. Новинка може стати в нагоді і при ліквідації наслідків ядерних катастроф.

Розробка описана в науковій статті, опублікованій в журналі ACS Nano групою на чолі з Мартіном Пумерой (Martin Pumera) з Університету хімії і технології в Празі.

На сьогоднішній день в світі діють 192 атомні електростанції, в тому числі десять - в Росії. При належній експлуатації атомні електростанції приносять довкіллю набагато менше шкоди, ніж теплові. Однак в результаті їх роботи залишаються радіоактивні відходи, в тому числі і рідкі (вода з розчиненими і зваженими в ній небезпечними речовинами).

Природно спробувати витягти з води ці домішки, зробивши її безпечною. Саме на це і націлена нова робота хіміків.

Дослідників зацікавив потенціал метал-органічних каркасних структур (MOF). Нагадаємо, що вони представляють собою грати з іонів або невеликих груп атомів металів, пов'язаних органічними "перемичками". У нинішній роботі вчені використовували різновид MOF: цеолітні імідазолатні каркасні структури (zeolitic imidazolate framework, або ZIF).

Цей клас речовин давно знаходиться на прикметі у хіміків. Наприклад, не так давно на їх основі створили безпечне та ефективне ракетне паливо. Однак в даному випадку авторів зацікавили дві властивості з'єднання, що позначається ZIF-8.

По-перше, воно ефективно вловлює уран з води. По-друге, воно вступає в реакцію з перекисом водню (H2O2). В останньому процесі утворюється газ. Бульбашки формують реактивний струмінь, що штовхає мікроботів вперед. Відзначимо, що подібний спосіб пересування мікромашин застосовується не вперше. Щоб збільшити ефективність такого двигуна, інженери додали до ZIF-8 наночастинки платини в якості каталізатора.

Однак у присутності перекису водню і взагалі в кислих середовищах ZIF-8 нестабільно.

Нарешті, хіміки додали до матеріалу наночастинки оксиду заліза (II, III) (Fe3O4). Це зробило матеріал магнітним.

З такого складу автори виготовили циліндри довжиною менше 15 мікрометрів. Ці капсули були запущені в забруднену ураном воду, яка імітує рідкі відходи АЕС. До неї була додана перекис водню (5% по масі).

Під дією реактивних струменів мікроботи рухалися зі швидкістю 860 ± 230 мікрометрів в секунду, тобто долали за секунду більше 60 власних довжин. За годину роботи вони зібрали 96% урану, що міститься в воді. Після цього вчені легко витягли їх з води за допомогою магнітного поля (допомогли наночастинки оксиду заліза в складі).

Втім, будь це справжні рідкі відходи, вони не стали б від цього безпечними. Адже в них міститься не тільки уран, але і стронцій, цезій та інші небезпечні радіонукліди.