UH モーメント: 核廃棄物の可能な解決策として分子結晶の力を解き放つ

「これは、あらゆる種類のさまざまなことができる単純な分子の一種です。」

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化石燃料使用の環境的および地政学的な影響に対する世界の懸念が高まる中、原子力エネルギーが大きな関心の対象として再び浮上しています。 温室効果ガスを排出せずに大規模に発電できるその能力は、化石燃料からネットゼロの未来への社会の移行の橋渡しとなる可能性のある持続可能なクリーンエネルギー源として期待されています。 しかし、原子力発電では放射性廃棄物が発生します。 核廃棄物の安全な管理は依然として重要な課題であり、この革新的な電力ソリューションに対する国民の信頼を得るために取り組む必要があります。

今回、ヒューストン大学の研究チームは、核廃棄物管理のための革新的なソリューション、シクロテトラベンジルヒドラゾンをベースにした分子結晶を考案しました。 これらの結晶は、2015年にチームによってなされた画期的な発見に基づいており、最も一般的な放射性核分裂生成物の1つであるヨウ素を、水溶液と有機溶液およびその2つの界面で捕捉することができる。

「この最後の点は、界面でヨウ素が捕捉されると、原子炉や廃棄物格納容器に使用される特殊な塗装コーティングにヨウ素が到達して損傷するのを防ぐ可能性があるため、特に顕著です」と化学教授であり、この画期的な進歩について詳述した論文の責任著者であるオグジェン・ミリャニッチ氏は述べた。 Cell Reports 物理科学において。 この研究は国立科学財団から資金提供を受けました。

これらの結晶は、これまでヨウ素捕捉材料の頂点と考えられていた多孔質金属有機構造体 (MOF) や共有結合性有機構造体 (COF) に匹敵する驚くべきヨウ素取り込み能力を示します。

この研究の筆頭著者であり、この研究に基づいて博士論文を執筆した元博士課程の学生であるアレクサンドラ・ロブレスは、この発見をしたとき、ミリャニッチの研究室で結晶を扱っていた。 核廃棄物の解決策を見つけることに興味を持ったロブレスさんは、結晶を使ってヨウ素を捕捉する研究を始めました。

「彼女は最終的に有機層と水層の間の界面でヨウ素を捕捉することに成功しましたが、これは十分に研究されていない現象です」とミリャニッチ氏は述べ、この例外的な特徴が決定的な利点をもたらすと付け加えた。 「物質が有機層と水層の間に堆積すると、本質的に、ある層から別の層へのヨウ素の移動が止まります。」

このプロセスは原子炉コーティングの完全性を維持し、封じ込めを強化するだけでなく、捕捉されたヨウ素をある領域から別の領域に移動させることもできます。 「ここでのアイデアは、管理が難しい場所で捕獲し、管理が簡単な場所でリリースするということです」とミルジャニッチ氏は語った。

このキャッチアンドリリース技術のもう 1 つの利点は、クリスタルを再利用できることです。 「汚染物質がリーゼントに付着しているだけなら、全部捨てなければならない」と彼は言う。 「そしてそれは無駄と経済的損失を増大させます。」

もちろん、これらの素晴らしい可能性はすべて実際のアプリケーションでテストする必要があり、ミリャニッチ氏は次のステップを考えています。

分子、結晶、そしてタコ、なんと！

ミリャニッチ氏のチームは、市販の化学物質を使用して、炭素、水素、酸素原子のみを含むこれらの小さな有機分子を作成します。

それぞれの結晶はリング状の構造で、そこから 8 つの線状の部分が伸びているため、研究チームはこの結晶に「タコ」というニックネームを付けました。

「製造は非常に簡単で、特別な保護雰囲気を必要とせずに、比較的安価な材料から大規模に製造できます」とミリャニッチ氏は語った。

同氏は、現在、学術研究室でグラム当たり約 1 ドルのコストでこれらの結晶を製造できると見積もっています。 ミリャニッチ氏は、工業環境ではコストが大幅に下がると考えている。

この空腹の小さな結晶は非常に用途が広く、ヨウ素以上のものを捕捉できます。 ミリャニッチ氏と彼のチームは、それらの一部を二酸化炭素の回収に使用しました。これは、よりクリーンで持続可能な世界に向けた新たな大きな一歩となるでしょう。 さらに、「タコ」分子は、リチウムイオン電池の製造に使用される材料に含まれる分子と密接に関連しているため、他のエネルギー機会への扉が開かれます。