Momento UH: Desbloqueando o poder dos cristais moleculares como uma possível solução para o lixo nuclear

“Este é um tipo de molécula simples que pode fazer todo tipo de coisas diferentes”

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Num mundo cada vez mais preocupado com as implicações ambientais e geopolíticas da utilização de combustíveis fósseis, a energia nuclear ressurgiu como um tema de grande interesse. A sua capacidade de gerar eletricidade em grande escala sem emissões de gases com efeito de estufa é promissora como fonte de energia limpa e sustentável que poderá fazer a transição da sociedade dos combustíveis fósseis para um futuro com emissões líquidas zero. No entanto, a geração de energia nuclear produz resíduos radioativos. A gestão segura dos resíduos nucleares continua a ser um desafio crucial que deve ser enfrentado para ganhar a confiança do público nesta solução energética transformadora.

Agora, uma equipe de pesquisadores da Universidade de Houston apresentou uma solução inovadora para a gestão de resíduos nucleares: cristais moleculares baseados em hidrazonas de ciclotetrabenzil. Estes cristais, que se baseiam numa descoberta inovadora feita pela equipa em 2015, são capazes de capturar iodo – um dos produtos de fissão radioativa mais comuns – em soluções aquosas e orgânicas, e na interface entre os dois.

“Este último ponto é particularmente importante porque a captura de iodo nas interfaces pode impedir que o iodo alcance e danifique os revestimentos de tinta especializados usados ​​em reatores nucleares e recipientes de contenção de resíduos”, disse Ognjen Miljanic, professor de química e autor correspondente do artigo que detalha a descoberta. em Cell Reports Ciências Físicas. Este trabalho foi financiado pela National Science Foundation.

Esses cristais exibem uma surpreendente capacidade de absorção de iodo, rivalizando com as estruturas metal-orgânicas porosas (MOFs) e as estruturas orgânicas covalentes (COFs), que anteriormente eram consideradas o auge dos materiais de captura de iodo.

Alexandra Robles, a primeira autora do estudo e ex-aluna de doutoramento que baseou a sua dissertação nesta investigação, estava a trabalhar com os cristais no laboratório de Miljanic quando fez a descoberta. Seu interesse em encontrar uma solução para o lixo nuclear levou Robles a investigar o uso de cristais para capturar iodo.

“Ela acabou capturando iodo na interface entre as camadas orgânica e de água, o que é um fenômeno pouco estudado”, disse Miljanic, acrescentando que esta característica excepcional oferece uma vantagem crucial. “Quando o material é depositado entre a camada orgânica e a aquosa, essencialmente interrompe a transferência de iodo de uma camada para outra.”

Este processo não apenas preserva a integridade dos revestimentos do reator e melhora a contenção, mas o iodo capturado também pode ser transferido de uma área para outra. “A ideia aqui é capturá-lo em um local onde seja difícil de gerenciar e depois liberá-lo em um local onde seja fácil de gerenciar”, disse Miljanic.

O outro benefício desta tecnologia de captura e liberação é que os cristais podem ser reutilizados. “Se o poluente grudar no regente, tudo terá que ser jogado fora”, disse ele. "E isso aumenta o desperdício e as perdas econômicas."

É claro que todos esses grandes potenciais ainda precisam ser testados em aplicações práticas, o que leva Miljanic a pensar nos próximos passos.

Moléculas, Cristais e Polvos, meu Deus!

A equipe de Miljanic cria essas minúsculas moléculas orgânicas contendo apenas átomos de carbono, hidrogênio e oxigênio, usando produtos químicos disponíveis comercialmente.

Cada cristal é uma estrutura em forma de anel com oito peças lineares emanando dele, o que levou a equipe de pesquisa a apelidá-lo de “O Polvo”.

“Eles são muito fáceis de fabricar e podem ser produzidos em larga escala a partir de materiais relativamente baratos, sem qualquer atmosfera protetora especial”, disse Miljanic.

Ele estimou que atualmente pode produzir esses cristais ao custo de cerca de US$ 1 por grama em um laboratório acadêmico. Num ambiente industrial, Miljanic acredita que o custo cairia significativamente.

Esses pequenos cristais famintos são muito versáteis e podem capturar mais do que iodo. Miljanic e a sua equipa usaram alguns deles para capturar dióxido de carbono, o que seria mais um grande passo em direção a um mundo mais limpo e sustentável. Além disso, as moléculas do “Octopus” estão intimamente relacionadas com aquelas encontradas nos materiais usados ​​para fabricar baterias de íon-lítio, o que abre a porta para outras oportunidades energéticas.