Jaderná fyzika a energetika

Článků v rubrice: 552

Oxid grafenu pomůže odstraňovat radionuklidy z vody

Mezinárodní vědecká skupina (vědci ze státní Moskevské univerzity, Kurčatovova ústavu, z Německa a Švédska) studovali grafen a jeho oxidy a podařilo se jim zvýšit jeho sorpční vlastnosti. Mohly by se tak odstraňovat radionuklidy z kontaminované vody.

 

Fotogalerie (1)
Schema struktury oxidu grafenu (zdroj Wikimedia PD)

Na vývoji pracovala skupina mezinárodních specialistů, kterým se podařila syntéza oxidu grafenu a zavedení specifických defektů do jeho molekulární struktury. Díky tomu se až 15 × zlepšily jeho sorpční vlastnosti. Vědci na takto modifikovaném oxidu grafenu studovali mechanismus sorpce uranu, aby zjistili, která metoda jeho syntézy umožní získat nejefektivnější materiál. 

Záměrné vytvoření defektů 

Sloučeninu grafenu připravili z redukovaného oxidu grafitu s použitím reakce známé jako Hummersova metoda. (Hummersova metoda je chemický proces, který lze použít k vytvoření oxidu grafitu přidáním manganistanu draselného do roztoku grafitu, dusičnanu sodného a kyseliny sírové. Používá se inženýrskými a laboratorními techniky jako spolehlivá metoda výroby množství oxidu grafitu. Může být také použita k vytvoření verze o tloušťce jedné molekuly látky známé jako oxid grafenu.)

Autoři modifikovali tuto klasickou metodu k výrobě oxidu grafenu použitím explozivního tepelného delaminačního procesu. Výsledkem bylo to, že se v uhlíkové struktuře grafenu objevily defekty, které zachycují těžké kovové kationty, tedy ionty s kladným elektrickým nábojem.

V konvenčním oxidu grafenu jsou atomy uhlíku uspořádány v ploché, dvourozměrné ploše propojených šestiúhelníků s kyslíkovými atomy na povrchu. V nově připraveném oxidu s defekty se kyslík na grafenu chová tak, že se vytvářejí různé nepravidelnosti. K sorpci kationtů uranu dochází v důsledku toho, že karboxylové skupiny jsou umístěny na atomech kyslíku na okraji dutin ve struktuře defektního oxidu grafenu. Aktivní oxidace oxidu grafenu zvyšuje počet karboxylových skupin, což zvyšuje jeho sorpční vlastnosti. 

Defektní materiál je účinnější 

Nový materiál byl vyvinut speciálně pro zvýšení počtu defektů. Vědci podrobně studovali jeho strukturu pomocí výkonných mikroskopů, rentgenových paprsků a spektroskopických metod. Oxid grafenu interaguje s aktinidy včetně americia, thoria, plutonia, neptunia, uranu a s typickými štěpnými produkty - stronciem, europiem a techneciem. Na základě studia sorpční kinetiky zjistili vědci, že oxid grafenu je mnohem účinnější při odstraňování transuranových prvků ze simulovaných roztoků jaderného odpadu než jiné běžně používané sorbenty, jako jsou bentonitové jíly a aktivní uhlí. 

Základem je jednoduchá a levná příprava 

Dvourozměrné uhlíkové materiály, mezi které patří oxid grafenu, se stále více používají v průmyslu. Nyní je toto téma jedním z nejrychleji se rozvíjejících ve vědě a výzkumníci hledají nové aplikace takových materiálů. Na rozdíl od grafenu, jehož výroba je drahá, oxid grafenu může být získáván zcela jednoduše. Navrhovanou metodu získávání tohoto materiálu lze snadno aplikovat ve velkém měřítku k čištění vody. Zcela se potvrdily předběžné předpoklady.

 

 Zdroje:

https://www.neimagazine.com/features/featureradionuclide-removal-using-graphene-oxide-8566520/ 

Graphene oxide for effective radionuclide removal - Physical Chemistry Chemical Physics (RSC Publishing)

 CONCKLIN-DOCUMENT-2014.pdf (tamu.edu)

Václav Vaněk
Poslat odkaz na článek

Opište prosím text z obrázku

Nejnovější články

Potlesk pro „vynálezce“ tokamaku JET Paul-Henri Rebuta

Vedle „otců“ fúzního zařízení tokamaku Igora Tamma a Andreje Sacharova byl v historii fúze ještě další okamžik, kdy jednomu jedinému člověku mohla být udělena cena za nejlepší ...

Přeměna uhelné elektrárny na nízkoemisní teplárnu

Moravskoslezský kraj je z hlediska energetických záměrů jedním z nejvýznamnějších v Česku. Do roku 2040 plánuje například ČEZ v kraji investovat desítky miliard korun, v první ...

Zdá se, že antigravitace neexistuje

Nový výzkum antihmoty dává Albertu Einsteinovi opět za pravdu. 27. září 2023 oznámil mezinárodní tým fyziků zásadní zjištění: zdá se, že antihmota ...

I antihmota se chová jako částice i vlna

Fyzici již dlouho vědí, že téměř vše – světlo a další formy energie, ale také každý atom ve vašem těle – se chová z klasického hlediska i jako částice, i jako ...

Z čeho budeme vyrábět pneumatiky?

 Pneumatiky jsou kulaté, černé a vyrobeny z gumy. Tak by je zřejmě popsala většina lidí. Při bližším pohledu však zjistíme, že design pneumatik a vzájemné působení různých ...

Nejnovější video

Jak funguje PCR test na coronavirus

Krásně a jednoduše vysvětleno se srozumitelnými animacemi. V angličtině.

close
detail