Ученые разработали крошечные структуры, которые способны удалять уран из сточных вод атомных электростанций и заводов по производству радиоактивных изотопов.

Ядерная энергетика — на сегодня один из наиболее эффективных способов получения электроэнергии. С каждым годом количество атомных электростанций растет, постепенно заменяя угольные ТЭЦ. Однако и у этой технологии хватает проблем. Одна из них — радиоактивные отходы. После деления ядер урана, в результате которого выделяется большое количество энергии, образуется смесь изотопов других элементов. Она прессуется и складируется, но со временем радиоактивные элементы могут попасть в воду, а в случае аварии загрязнение способно распространиться на многие километры.

Теперь ученые разработали материалы для захвата, отделения, удаления и извлечения радиоактивного урана из воды. Одним из наиболее перспективных современных подходов для создания таких структур стало использование металлоорганических каркасов (МОК) — соединений, способных удерживать различные атомы и вещества, в том числе радиоактивный уран, внутри своих пор.

В новом исследовании ученые решили добавить «микродвигатель» к МОК под названием ZIF-8. По предварительным расчетам, такая модификация должна была позволить молекуле улавливать радиоактивные загрязнения и удерживать их внутри себя. Чтобы сделать свои самоходные микророботы, исследователи разработали стержни ZIF-8, которые по диаметру в 15 раз меньше человеческого волоса.

Ученые добавили в структуру атомы железа и наночастицы оксида железа, чтобы, соответственно, стабилизировать ее и сделать магнитной. Каталитические наночастицы платины, размещенные на одном конце каждого стержня, превращали перекись водорода в воду. В результате этого процесса выделяются пузырьки кислорода, которые приводят в движение «микророботов» и заставляют их двигаться по течению. Благодаря такому механизму наноструктуры стали способны за секунду преодолевать расстояние, в 60 раз большее их собственной длины.

В имитируемых радиоактивных сточных водах микророботы за один час удалили 96% урана. Затем ученые собрали наночастицы с помощью магнита и выделили из них чистый уран. Такие наноструктуры, по словам специалистов, могли бы когда-нибудь помочь в устранении и переработке радиоактивных отходов.