(Phys.org) —El óxido de grafeno tiene una capacidad notable para eliminar rápidamente material radiactivo del agua contaminada, investigadores de la Universidad de Rice y la Universidad Estatal de Moscú Lomonosov.

Un esfuerzo de colaboración del laboratorio de Rice del químico James Tour y el laboratorio de Moscú del químico Stepan Kalmykov determinó que microscópicos, escamas de óxido de grafeno de un átomo de espesor se unen rápidamente a los radionúclidos naturales y artificiales y los condensan en sólidos. Los copos son solubles en líquidos y se producen fácilmente a granel.

Los resultados experimentales se publicaron en la revista Royal Society of Chemistry. Física Química Física Química .

El descubrimiento, Tour dijo, podría ser de gran ayuda para la limpieza de sitios contaminados como las plantas nucleares de Fukushima dañadas por el terremoto y el tsunami de 2011. También podría reducir el costo de la fracturación hidráulica ("fracking") para la recuperación de petróleo y gas y ayudar a reiniciar la minería estadounidense de metales de tierras raras. él dijo.

La gran superficie del óxido de grafeno define su capacidad para adsorber toxinas, Dijo Kalmykov. "Así que las propiedades de alta retención no nos sorprenden, ", dijo." Lo que es asombroso es la cinética muy rápida de sorción, que es clave ".

"En el mundo probabilístico de las reacciones químicas, donde las cosas escasas (concentraciones bajas) rara vez se topan con algo con lo que puede reaccionar, hay una mayor probabilidad de que la 'magia' suceda con el óxido de grafeno que con un gran trozo de bentonita, "dijo Steven Winston, ex vicepresidente de Lockheed Martin and Parsons Engineering y experto en energía nuclear y remediación que está trabajando con los investigadores. "En breve, rápido es bueno ".

Determinar qué tan rápido fue objeto de experimentos por parte del grupo Kalmykov. El laboratorio probó el óxido de grafeno sintetizado en Rice con desechos nucleares simulados que contienen uranio, plutonio y sustancias como sodio y calcio que podrían afectar negativamente su adsorción. Aún así, El óxido de grafeno demostró ser mucho mejor que las arcillas de bentonita y el carbón activado granulado que se utilizan comúnmente en la limpieza nuclear.

Óxido de grafeno introducido en desechos simulados coagulados en minutos, aglutinando rápidamente las peores toxinas, Dijo Kalmykov. El proceso funcionó en una variedad de valores de pH.

"Ver el asombro de Stepan por lo bien que funcionó fue una buena confirmación, "Dijo Tour. Señaló que la colaboración echó raíces cuando Alexander Slesarev, un estudiante de posgrado en su grupo, y Anna Yu. Romanchuk, un estudiante de posgrado en el grupo de Kalmykov, conocí en una conferencia hace varios años.

Los investigadores se centraron en eliminar los isótopos radiactivos de los actínidos y lantánidos, los 30 elementos de tierras raras de la tabla periódica, de los líquidos. en lugar de sólidos o gases. "Aunque no les gusta mucho el agua, ellos pueden y se esconden ahí fuera, ", Dijo Winston." Desde el punto de vista de la salud humana y el medio ambiente, ahí es donde son menos bienvenidos ".

Los radionúclidos naturales tampoco son bienvenidos en los fluidos de fracturación hidráulica que los llevan a la superficie en las operaciones de perforación. Tour dijo. "Cuando el agua subterránea sale de un pozo y es radiactiva por encima de cierto nivel, no pueden volver a ponerlo en el suelo, "dijo." Hace demasiado calor. Las empresas tienen que enviar agua contaminada a sitios de depósito en todo el país a un costo muy alto ". La capacidad de filtrar rápidamente los contaminantes en el sitio ahorraría una gran cantidad de dinero, él dijo.

Él ve beneficios potenciales aún mayores para la industria minera. Los requisitos ambientales "básicamente han cerrado la minería estadounidense de metales de tierras raras, que son necesarios para teléfonos móviles, ", Dijo Tour." China es dueña del mercado porque no están sujetos a los mismos estándares ambientales. Entonces, si esta tecnología ofrece la oportunidad de revivir la minería aquí, podría ser enorme ".

Tour dijo que capturar radionucleidos no los hace menos radiactivos, simplemente más fácil de manejar. "Donde hay grandes piscinas de material radiactivo, como en Fukushima, agrega óxido de grafeno y obtiene un material sólido de lo que eran solo iones en una solución, ", dijo." Entonces puedes quitarlo y quemarlo. El óxido de grafeno se quema muy rápidamente y deja una torta de material radiactivo que luego puede reutilizar ".

El bajo costo y las cualidades biodegradables del óxido de grafeno deberían hacerlo apropiado para su uso en barreras reactivas permeables. una tecnología relativamente nueva para la remediación de aguas subterráneas in situ, él dijo.