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.

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)