Cuando se recicla combustible nuclear, el proceso libera elementos peligrosos como el criptón y xenón radiactivo, así mismo el uranio de origen natural contamina el subsuelo con gas radón. Ahora científicos de la Universidad de Liverpool han desarrollado un nuevo material poroso llamado CC3 que atrapa eficazmente estos elementos dañinos para el medio ambiente y la salud.

El material CC3 podría ser útil en la eliminación de elementos radiactivos no deseados o peligrosos del combustible nuclear o del aire en los edificios y en el reciclaje de los elementos útiles del ciclo del combustible nuclear. CC3 es mucho más selectivo en atrapar estos gases en comparación con otros materiales experimentales. También, CC3 probablemente utiliza menos energía para recuperar elementos que los tratamientos convencionales, refieren los autores.

«El Xenón, kriptón y radón son gases nobles, que son químicamente inertes. Eso hace que sea difícil encontrar los materiales que puedan atraparlos. Así que nos quedamos gratamente sorprendidos por la facilidad con que CC3 funciona», dijo el coautor del estudio Praveen Thallapally.

Los gases nobles son poco frecuentes en la atmósfera, pero algunos, como el radón, vienen en formas radiactivas y pueden contribuir al cáncer. Otros, como el xenón son gases industriales útiles en la iluminación comercial, la imagen médica y la anestesia.

La forma convencional para eliminar el xenón del aire o recuperarlo a partir de combustible nuclear implica enfriar el aire muy por debajo de donde el agua se congela. Tales separaciones criogénica necesitan energía intensiva y costosa. Los investigadores han estado explorando materiales llamados marcos de metal orgánicos, también conocidos como MOF, que podrían potencialmente servir de trampa del xenón y kriptón sin tener que utilizar la criogenia. Aunque un MOF podíaa trapar el xenón en concentraciones muy bajas y temperaturas medioambientales admirablemente, los investigadores querían encontrar un material mejor.

De esta manera los científicos de la Universidad de Liverpool habían estado investigando materiales llamados jaulas orgánicas porosas, cuyas estructuras moleculares están formadas por unidades que forman jaulas en 3-D repetidas. Las jaulas construidas a partir de una molécula llamada CC3 son del tamaño adecuado para contener cerca de tres átomos de xenón, kriptón o radón.

La estructura molecular del CC3 se expande y se contrae de forma natural. Los investigadores encontraron que esta respiración creó un agujero en la jaula que creció a 4,5 angstroms de ancho y se redujo a 3,6 angstroms. Un átomo de xenón es de 4,1 angstroms de ancho, el criptón 3,69 y el radón 4,17 , por lo que estos elementos se ajustan perfectamente a la jaula y todo esto a temperatura ambiente. (Se necesita 10 millones de angstroms para abarcar un milímetro.)

Para explorar si las jaulas orgánicas porosas ofrecen ventajas económicas, los investigadores estimaron el costo en comparación con las separaciones criogénicas y determinaron un descenso significativo de los costos debido a que estos materiales funcionan bien a temperatura ambiente.

Referencia: Nature