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    Las moléculas diseñadas eliminan selectivamente los iones no deseados de soluciones complejas para la producción de energía.

    Se pueden capturar iones específicos utilizando quelantes moleculares diseñados que van desde foldameros para cloruro, quelatos de tetraurea para sulfato, calixpirrol con fleje para nitrato de litio, y calixcrowns para cesio. Crédito:Bruce Moyer y Andy Sproles, Laboratorio Nacional Oak Ridge

    La energía nuclear representa alrededor del 19 por ciento del suministro de energía eléctrica de EE. UU. Los desechos contienen materiales difíciles de eliminar. Los científicos desarrollaron cuatro clases de moléculas, llamados quelantes, para capturar selectivamente iones específicos. Estas moléculas utilizan una combinación de enlaces químicos, atracciones entre cargas opuestas, y / o envolviendo los iones en bolsas de unión complementarias.

    El reciclaje de combustible nuclear es vital para la energía nuclear sostenible. Los quelantes de iones diseñados estratégicamente beneficiarán enormemente la producción segura de energía a partir de fuentes nucleares. También, los quelantes ayudarán a garantizar existencias seguras de materiales clave. Los desechos radiactivos son ricos en iones. Los quelantes generados en esta investigación se utilizarán para separar selectivamente iones específicos bajo demanda, permitiendo un procesamiento más eficiente y una eliminación segura de los desechos. La tecnología central también puede encontrar aplicación en la purificación de agua. Más lejos, puede ayudar a recopilar otros elementos clave, como el litio, que son clave para una independencia energética sostenida.

    Las diversas clases de quelantes descubiertas y desarrolladas en el curso de esta investigación fundamental sirven como herramientas que actúan, a escala molecular, para capturar y separar selectivamente iones específicos de mezclas concentradas de otros iones. El uso de moléculas quelantes para separar estos iones actúa además de los métodos tradicionales de separación física. El principal de los avances en esta área es el desarrollo de una tecnología de extracción de cesio que revolucionará su separación cuando se utilice en 2018 para la limpieza de desechos heredados en el sitio del río Savannah. Al eliminar el cesio de forma selectiva de los procesos de refinamiento de desechos de sal para los desechos nucleares se volverá mucho más eficiente. Otros descubrimientos fundamentales podrían contener las claves para una extracción más selectiva de sales.

    Por ejemplo, en soluciones acuosas mixtas, los quelatos que contienen varios grupos urea pueden envolver el sulfato, un ion que es extremadamente perjudicial para el reprocesamiento y almacenamiento de desechos nucleares. Adicionalmente, Se pueden usar nuevos quelatos diseñados con dos sitios de unión diferentes para unir tanto aniones como iones metálicos. Una realización muy reciente de esta idea es el desarrollo de receptores de pares iónicos que permiten la extracción selectiva de sales de litio. El litio es el componente crucial de muchas tecnologías nuevas, desde baterías hasta lubricantes industriales y medicamentos para la depresión. Otro descubrimiento clave es la creación de quelantes que pueden plegarse alrededor de iones, llamados foldamers.

    Utilizando un enfoque inspirado en las proteínas de la naturaleza, Estos foldadores pueden recolectar iones en un lugar y liberarlos en otro usando la luz solar como disparador.


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