Созданы реактивные микроботы для уборки радиоактивных отходов

Химики постоянно ищут новые пути решения проблемы ядерных отходов.

Иллюстрация Pixabay.

Инженеры создали простые миниатюрные устройства, способные эффективно удалять уран из жидких отходов атомных электростанций. Новинка может пригодиться и при ликвидации последствий ядерных катастроф.

Разработка описана в научной статье, опубликованной в журнале ACS Nano группой во главе с Мартином Пумерой (Martin Pumera) из Университета химии и технологии в Праге.

На сегодняшний день в мире действуют 192 атомные электростанции, в том числе десять – в России. При надлежащей эксплуатации атомные электростанции приносят окружающей среде намного меньше вреда, чем тепловые. Однако в результате их работы остаются радиоактивные отходы, в том числе и жидкие (вода с растворёнными и взвешенными в ней опасными веществами).

Естественно попытаться извлечь из воды эти примеси, сделав её безопасной. Именно на это и нацелена новая работа химиков.

Исследователей заинтересовал потенциал металл-органических каркасных структур (MOF). Напомним, что они представляют собой решётку из ионов или небольших групп атомов металлов, связанных органическими "перемычками". В нынешней работе учёные использовали разновидность MOF: цеолитные имидазолатные каркасные структуры (zeolitic imidazolate framework, или ZIF).

Этот класс веществ давно находится на примете у химиков. Например, не так давно на их основе создали безопасное и эффективное ракетное топливо. Однако в данном случае авторов заинтересовали два свойства соединения, обозначаемого ZIF-8.

Во-первых, оно эффективно улавливает уран из воды. Во-вторых, оно вступает в реакцию с перекисью водорода (H2O2). В последнем процессе образуется газ. Пузырьки формируют реактивную струю, толкающую микробота вперёд. Отметим, что подобный способ передвижения микромашин применяется не впервые. Чтобы увеличить эффективность такого двигателя, инженеры добавили к ZIF-8 наночастицы платины в качестве катализатора.

Однако в присутствии перекиси водорода и вообще в кислых средах ZIF-8 нестабильно. Чтобы исправить это, авторы легировали его каркас атомами железа.

Наконец, химики добавили к материалу наночастицы оксида железа (II, III) (Fe3O4). Это сделало материал магнитным.

Из такого состава авторы изготовили цилиндры длиной менее 15 микрометров. Эти капсулы были запущены в загрязнённую ураном воду, имитирующую жидкие отходы АЭС. К ней была добавлена перекись водорода (5% по массе).

Под действием реактивных струй микроботы двигались со скоростью 860 ± 230 микрометров в секунду, то есть преодолевали за секунду более 60 собственных длин. За час работы они собрали 96% содержащегося в воде урана. После этого учёные легко извлекли их из воды с помощью магнитного поля (помогли наночастицы оксида железа в составе).

Впрочем, будь это настоящие жидкие отходы, они не стали бы от этого безопасными. Ведь в них содержится не только уран, но и стронций, цезий и другие опасные радионуклиды.

К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о другом способе очистки воды от радиоактивных элементов. Также мы рассказывали об извлечении из ядерных отходов нового топлива и о способах их хранения, подсказанных самой природой.