В МГУ создали соединение для эффективной переработки щелочного ОЯТ
Органическое соединение для эффективного разделения и последующей переработки компонентов отработанного ядерного топлива (ОЯТ) создала коллаборация сотрудников химфака МГУ, Курчатовского института, Российского университета дружбы народов и Сеченовского университета, 6 декабря сообщает пресс-служба МГУ.
Новый лиганд демонстрирует показатели селективности в 10–15 раз большие по сравнению с предшественниками, а эффективность экстракции при его применении в сильнощелочных средах возросла на 1–5 порядков.
Работа атомной промышленности потребовала от науки решения задачи утилизации радиоактивных отходов, так как после окончания срока службы топлива ядерных реакторов (ТВЭЛ) в отработанном ядерном топливе (ОЯТ) накапливается множество различных изотопов элементов.
В России реакторы работают по принципу замкнутого ядерного топливного цикла, то есть ОЯТ сразу после использования перерабатывают, чтобы использовать его повторно.
Сотрудница кафедры радиохимии химфака МГУ Ульяна Лексина пояснила: «Мы можем выделить из ОЯТ уран и плутоний, чтобы вновь использовать их в качестве источника энергии в реакторах. Другие компоненты — америций, кюрий, лантаноиды, переходные металлы — необходимо разделить между собой, так как некоторые из них ухудшают характеристики топлива или не позволяют безопасно его утилизировать».
Например, америций, распадаясь, испускает альфа-частицы, разрушающие матрицы, в которых захоранивают отходы. Поэтому, чтобы снизить радиоактивность отходов и упростить их захоронение, америций из ОЯТ выделяют.
Разделение химических элементов в атомной отрасли часто производят методом экстракции. При этом его эффективность зависит от подбора экстракционного агента. Для разделения америция и лантаноидов, урана и других компонентов широко применяют фенантролин — азотсодержащее гетероциклическое органическое соединение.
А для экстракции металлов химики часто используют так называемые макроциклы, представляющие собой большие циклические молекулы с атомами — донорами электронов, которые могут связываться с атомом металла. При этом селективность напрямую зависит от того, насколько хорошо размер частицы металла подходит к размеру полости цикла.
Как рассказала Ульяна Лексина, научная группа химфака МГУ решила совместить эти два класса соединений:
«Мы решили создать новый лиганд в виде макроцикла на основе фенантролиндиамидов и проверить, даст ли это синергетический эффект. Новое соединение обладает интересными свойствами: мы можем количественно проводить экстракцию в сильнощелочной среде (до pH=14), в которой другие известные макроциклы на основе фенолов — каликсарены — уже не работают. Селективность также выросла в 10–15 раз по сравнению с известными экстрагентами».
Проблема экстракции в сильнощелочной среде возникла из необходимости утилизировать большое количество щелочных ОЯТ, относящихся к ядерному наследию, которые хранятся на специализированных предприятиях.
Так как в ядерной промышленности ОЯТ в основном растворяют в азотной кислоте, то исследований, посвященных утилизации щелочных отходов, мало. Поэтому, отмечает исследовательница, разработанное ими соединение «может стать отправной точкой при создании новых лигандов для щелочных сред».
Результаты исследования представлены в статье, опубликованной в International Journal of Molecular Science.
В настоящее время авторы работы намерены провести дополнительные исследования механизма экстракции в щелочном растворе для уточнения состава и строения комплексных соединений целевых металлов в этом растворе. Также предполагается повысить растворимость макроциклов за счет синтетических модификаций для расширения области применения этого класса соединений.
