Momento UH: Liberar el poder de los cristales moleculares como posible solución a los desechos nucleares

"Este es un tipo de molécula simple que puede hacer todo tipo de cosas diferentes"

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En un mundo cada vez más preocupado por las implicaciones ambientales y geopolíticas del uso de combustibles fósiles, la energía nuclear ha resurgido como un tema de gran interés. Su capacidad para generar electricidad a escala sin emisiones de gases de efecto invernadero es prometedora como fuente de energía limpia y sostenible que podría salvar la transición de la sociedad de los combustibles fósiles a un futuro neto cero. Sin embargo, la generación de energía nuclear produce residuos radiactivos. La gestión segura de los residuos nucleares sigue siendo un desafío crucial que debe abordarse para ganar la confianza del público en esta solución energética transformadora.

Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Houston ha ideado una solución innovadora para la gestión de residuos nucleares: cristales moleculares basados ​​en ciclotetrabencilhidrazonas. Estos cristales, que se basan en un descubrimiento innovador realizado por el equipo en 2015, son capaces de capturar yodo (uno de los productos de fisión radiactiva más comunes) en soluciones acuosas y orgánicas, y en la interfaz entre ambas.

"Este último punto es particularmente importante porque la captura de yodo en las interfaces podría evitar que el yodo alcance y dañe los recubrimientos de pintura especializados utilizados en los reactores nucleares y los recipientes de contención de desechos", dijo Ognjen Miljanic, profesor de química y autor correspondiente del artículo que detalla el avance. en Cell Reports Ciencias Físicas. Este trabajo fue financiado por la Fundación Nacional de Ciencias.

Estos cristales exhiben una asombrosa capacidad de absorción de yodo, que rivaliza con la de las estructuras organometálicas (MOF) porosas y las estructuras orgánicas covalentes (COF), que anteriormente se consideraban el pináculo de los materiales de captura de yodo.

Alexandra Robles, la primera autora del estudio y ex estudiante de doctorado que basó su tesis en esta investigación, estaba trabajando con los cristales en el laboratorio de Miljanic cuando hizo el descubrimiento. Su interés por encontrar una solución a los residuos nucleares llevó a Robles a investigar el uso de cristales para capturar yodo.

"Terminó capturando yodo en la interfaz entre las capas orgánica y acuosa, lo cual es un fenómeno poco estudiado", dijo Miljanic, quien añadió que esta característica excepcional proporciona una ventaja crucial. "Cuando el material se deposita entre la capa orgánica y la acuosa, esencialmente detiene la transferencia de yodo de una capa a otra".

Este proceso no sólo preserva la integridad de los revestimientos del reactor y mejora la contención, sino que el yodo capturado también podría trasladarse de un área a otra. "La idea aquí es capturarlo en un lugar donde sea difícil de manejar y luego liberarlo en un lugar donde sea fácil de manejar", dijo Miljanic.

El otro beneficio de esta tecnología de captura y liberación es que los cristales se pueden reutilizar. "Si el contaminante se queda solo en el regente, hay que tirarlo todo", afirmó. "Y eso aumenta el desperdicio y las pérdidas económicas".

Por supuesto, todos estos grandes potenciales aún deben probarse en aplicaciones prácticas, lo que hace que Miljanic piense en los próximos pasos.

Moléculas, cristales y pulpos, ¡Dios mío!

El equipo de Miljanic crea estas diminutas moléculas orgánicas que contienen sólo átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno utilizando productos químicos disponibles comercialmente.

Cada cristal es una estructura en forma de anillo de la que emanan ocho piezas lineales, lo que ha llevado al equipo de investigación a apodarlo "El Pulpo".

"Son bastante fáciles de fabricar y pueden producirse a gran escala a partir de materiales relativamente económicos sin ninguna atmósfera protectora especial", afirma Miljanic.

Estimó que actualmente puede producir estos cristales a un costo de aproximadamente 1 dólar por gramo en un laboratorio académico. En un entorno industrial, Miljanic cree que el coste se reduciría significativamente.

Estos pequeños cristales hambrientos son muy versátiles y pueden capturar más que yodo. Miljanic y su equipo han utilizado algunos de ellos para capturar dióxido de carbono, lo que sería otro gran paso hacia un mundo más limpio y sostenible. Además, las moléculas de "El Pulpo" están estrechamente relacionadas con las que se encuentran en los materiales utilizados para fabricar baterías de iones de litio, lo que abre la puerta a otras oportunidades energéticas.

"Este es un tipo de molécula simple que puede hacer todo tipo de cosas diferentes dependiendo de cómo la integramos con el resto de cualquier sistema", dijo Miljanic. "Por lo tanto, también estamos investigando todas esas aplicaciones".

Está entusiasmado con la multitud de potenciales que ofrecen los cristales y espera explorar aplicaciones prácticas. Su próximo objetivo es encontrar un socio que ayude a los científicos a explorar diferentes aspectos comerciales.

Hasta entonces, los investigadores planean explorar más a fondo la cinética y el comportamiento de las estructuras cristalinas para mejorarlas aún más.