Наноинженеры: тиск відкриває нанопор в мінералах
Стискаючи тверде пористе тіло, вчені несподівано змусили його пори відкритися ширше, при цьому впускаючи і захоплюючи в пастку іони європію, повідомляє «WordScience.org». Враховуючи схожість між іонами європію і урану, команда вчених з університету Південної Кароліни (University of South Carolina), Йонсейского університету (Yonsei University — Південна Корея) і Стенфордського університету (Stanford University), вважає, що дане відкриття може являти собою новий перспективний шлях для підприємств з переробки ядерних відходів.
Основна увага в їх роботі впала на натролит, один з багатьох прикладів алюмосилікатних мінералів з групи цеолітів, які мають крихітні, з однаково розташованими на відстані порами. Цеоліти мають більш, ніж 100 різних форм і складу кожного варіанту визначає розмір порожнини і отже, види молекул і іонів, які можуть бути збережені, або виключені з їх досі.
В результаті, цеоліти можуть розділяти і сортувати хімічні сполуки: якщо додати в розчин, що містить суміш іонів, вони можуть вибірково зберігати тільки ті іони, які можуть поміститися в їх пори.
Автори ґрунтуються на ряді досліджень, які демонструють, як встановити контроль над «гостями», яких цеоліти будуть тримати у своїй порожнині. Команда використовує рішення, яке використовується досить рідко для контролю розміру порожнини: тиск.
Працюючи з натролитом, природним цеолітом з «2:03:10» ставленням «Al:Si:O», команда повідомила «Angewandte Chemie», що їм вдалося умовити тривалентні «Eu3+» іони на обмін з «+» іонами в нанорозмірних порах матеріалу. Після того, як тиск було призупинено, іммобілізовані іони опинялися в пастці.
«Що стосується натролита, люди завжди говорили, що ви неможливо отримати «Eu3+» в його межах. Але під тиском, це можливо», — сказав Томас Фогт (Thomas Vogt), один із співавторів, професор на кафедрі хімії і біохімії в коледжі мистецтв і природничих наук Університету Південної Кароліни.
Результат парадоксальний в тому, що гідростатичний тиск застосовується в клітці алмазної ковадла, як правило перевищує 1 Гпа (більше ніж 10,000 атм) — це може змусити пори в межах натролита розширюватися в обсязі. «По суті, це відкриває «вікно» для збільшених іонів, щоб мігрувати в пори і опинитися там замкнутими в пастці, після скидання тиску», — сказав Вогт.
Обмін іонів європію дає багатообіцяючі надії для підприємств з переробки ядерних відходів. «Радіус Eu3+ = 108,7 пиктометров, яка близька до 103 пиктометрам U4+», — сказав Вогт. «Ми довели, що можемо обмінюватися Eu3+ K+. Цей разновалентный обмін замінює 90% калію».
Крім цього, Фогт вважає, що вивчення поведінки натролита під тиском може виявитися корисним для науковців, які досліджують внутрішні роботи земної кори. «Ми створили картину того, як чинення тиску призводить до не-інтуїтивного збільшення об'єму і навіть до поглинання води», — сказав він. «Все це — звичайні матеріали в земній корі. Мінералогія, тектоніка... — є багато областей, де дане відкриття може уявити особливий інтерес», — закінчив Фогт.