Обзоры в деталях | Технологии и инновации | Природные ресурсы

Ученые России и США нашли нового «феноменально быстрого» уборщика радиоактивных отходов

5 Фев '13
Олег Кузбит, управляющий редактор отдела веб-информации

Усилиями международной команды ученых из России и США внесена новая и потенциально бесценная строчка в и без того уже удлиняющийся список полезных свойств графена. «Чудо-материал», открытый девять лет назад бывшими нашими соотечественниками в Великобритании, как выясняется, способен вытягивать радиоактивные вещества из водных растворов с «феноменальной» скоростью. С таким «умением» графен, как полагают исследователи, вполне мог бы стать идеальным «уборщиком» на территориях, загаженных радионуклидами, а также существенно помочь в разработке месторождений редкоземельных металлов и сланцевых углеводородов.

Исследование проведено группой химиков из Московского государственного университета и Университета Райс (Rice University) в Хьюстоне, штат Техас. Детальные результаты опубликованы в седьмом номере международного научного журнала Physical Chemistry Chemical Physics за текущий год.

В МГУ – крупнейшем и самом известном российском вузе, ведущем свою историю с 1755 года, – учится в настоящее время примерно 47 тысяч студентов. Помимо 39 факультетов работают 15 исследовательских центров, и растущие исследовательские возможности университета позволяют ему включаться в разнообразные международные программы.

Его партнер Rice University – небольшой по территории, но довольно мощный образовательный центр, котирующийся в Соединенных Штатах в числе ведущих учебных заведений и исследовательских университетов. Ключевая философия вуза – формирование культуры взаимодействия и сотрудничества, в том числе междисциплинарного.

Познакомьтесь с «заменителем кремния» и «настольным коллайдером»…

Графен – материал, вокруг которого и закрутилась эта история, – был открыт в 2004 году в Университете Манчестера Андре Геймом и Константином Новоселовым, бывшими нашими соотечественниками, получившими за это открытие в 2010 году Нобелевскую премию по физике.

У графена уже много разных имен и титулов. В числе прочих он и «один из самых перспективных материалов современности», и «заменитель кремния», и даже «настольный коллайдер». Это не более чем углеродная пленка толщиной в один атом, но она отличается удивительной прочностью и высокой электропроводимостью.

Одна из наиболее очевидных областей применения графена – создание сетей со скоростью передачи данных, в сотни раз превышающей скорость в современных волоконно-оптических сетях. Материал вполне можно использовать в смартфонах, в медицине как средство доставки лекарств и в компьютерных микросхемах.

Как показали результаты совместных усилий россиян и американцев, графен способен на гораздо большее, чем думалось всего несколько лет назад.

…а теперь еще и с эффективным борцом с радионуклидами

Открытие материализовалось из работ по изучению свойств оксида графена – материала, полученного вскоре после собственно графена и сразу же записанного в ценные в целом спектре отраслей, в том числе в электронике, в медицине (доставка противораковых лекарств и бактерицидное воздействие на организм), в химическом катализе, ряде других. Из оксида легко восстановить базовый элемент, и вообще материал куда дешевле в получении, чем чистый графен.

Работая параллельно в Москве и Хьюстоне, исследователи обнаружили, что микроскопические чешуйки оксида графена способны без труда связать радионуклиды различного происхождения, собрав их отдельные ионы в единое твердое тело.

Как оказалось, соединение ведет себя просто удивительно в загаженных радиацией водных растворах, где есть и уран, и плутоний, и даже натрий с кальцием, которые, как известно, затрудняют процесс абсорбции. В ходе экспериментов чешуйки оксида графена вытягивали загрязняющие вещества из воды, а затем быстро слеплялись в маленькие комочки, которые потом можно было легко из воды извлечь и уничтожить.

Для Степана Калмыкова, завлабораторией МГУ и члена команды исследователей, настоящим открытием стала «феноменальная», как он выразился, скорость очистки воды. При всех ингибиторах абсорбции типа натрия оксид графена показал себя значительно более эффективным и быстрым сорбентом, чем традиционные бентонитовые глины и гранулированный активированный уголь, которые, как правило, применяются для удаления радиоактивных отходов. Радиоактивные примеси выпадали в осадок «за считанные минуты», сказал впоследствии прессе ученый.

А по словам Джеймса Тура, участника проекта со стороны Университета Райса, данное открытие может стать подлинным подарком службам, в чьем ведении находится обеззараживание пораженных радиацией территорий. Оно вполне могло бы оказать неоценимую помощь работающим на объекте «Фукусима-1», вот уже два года устраняющим последствия серьезной аварии на этой японской атомной станции.

Куда более безопасное и полезное решение в добыче редкоземельных металлов…

То, что воплотилось у исследователей в «уборщика» радиоактивных отходов, несколько лет назад начиналось как поиск решения для куда более узкой задачи – удаления радиоактивных изотопов из редкоземельных металлов. Отсюда и еще один интересный вариант применения оксида графена.

Актиниды и лантаниды – это группа из 30 элементов периодической системы Менделеева, известная под единым обозначением «редкоземельные металлы». Иногда их называют просто «редкие земли». Минералы пользуются громадным спросом со стороны всевозможных изготовителей электроники, но вот их производство из-за тех самых радиоактивных изотопов представляет настолько серьезную угрозу здоровью рабочих и состоянию окружающей среды, что некоторые государства, как, например, США, вообще ввели запрет на их добычу на собственных территориях.

Но далеко не все, конечно. Некоторые, в частности, Китай, наличие опасности игнорируют. Неудивительно, что КНР стала глобальным монополистом в добыче редкоземельных металлов.

И вот теперь, когда известно, что оксидом графена можно удалять изотопы из редкоземельных руд, ученые России и США надеются, что позиции Китая как монополиста перестанут быть такими уж незыблемыми, и мировые поставки ценнейших «редких земель» могут существенно возрасти.

…и сланцевых углеводородов

Однако и это еще не все. Новая технология извлечения радионуклидов могла бы оказать весомую помощь Соединенным Штатам и всем тем странам (среди которых, не исключено, со временем окажется и Россия), которые делают ставку на разработку сланцевых газа и нефти. Авторы исследования полагают, что при этом снизились бы не только расходы на добычу углеводородов, но и вредные последствия этой добычи для природы и человека.

Наиболее широко распространенным методом извлечения сланцевых газа и нефти является гидрофрекинг, при котором смесь жидкости, песка и химических соединений подается под давлением в штреки для раскалывания породы и быстрого распространения трещин по всему пласту.

Процесс этот отнюдь не безвреден. Дело в том, что в воде, которую отсасывают из глубинных трещин, чтобы добраться до поступающих оттуда углеводородов, полным-полно радионуклидов. Без тщательной и долгой очистки не обойтись, а это дополнительные – и немалые – затраты.

Таким образом, «младший брат» графена, который, как мы теперь знаем, может быстро удалять из зараженной воды эти радионуклиды, в состоянии усовершенствовать не только технологию фрекинга, но и ее экономическую составляющую.
Олег Кузбит, управляющий редактор: «Мы рады, что вы по-прежнему с нами в нашем информационном проекте The Bridge – еженедельном экскурсе в инновационное настоящее и будущее российских регионов. «Марчмонт» расскажет, как наука и бизнес наводят мосты взаимопонимания и сотрудничества».
Опубликовать в Twitter
Написать в Facebook
Записать в LiveJournal
Показать В Моем Мире
Поделиться в Моем Круге
ПРОКОММЕНТИРОВАТЬ ЭТУ СТАТЬЮ
Найти похожее содержание

География:

Теги: МГУ (51) / редкоземельные металлы (2) / графен (13) / оксид графена (1) / Андре Гейм (1) / сланцевые углеводороды (0) / радионуклиды (0) / Университет Райс (0) / Константин Новоселов (0) /

Последние новости: Обзоры в деталях
2 Авг '21 | Промышленность | Технологии и инновации
 
Поиск (Архив новостей - 20920)
Мир будущего — мир искусственного интеллекта
Реклама
Marchmont Tech Solutions_RUS
НАТТ
Реклама
Marchmont News

Последние новости

25 Нояб '21
Ученые Казанского федерального университета...
24 Нояб '21
В Москве разработан более дешевый способ получения...
22 Нояб '21
Банк для предпринимателей и предприятий «Точка»...

Интересные новости за неделю

26 Нояб '21
Молодые исследователи из Пермского Политеха...
26 Нояб '21
Российский разработчик 3D-сканеров человеческого тела...
26 Нояб '21
StartupSamara открывает приём заявок на одно из самых...