Forskare vid Dartmouth College har utvecklat ett nytt material som skrubbar jod från vatten för första gången. Genombrottet kan vara nyckeln till att rena radioaktivt avfall i kärnreaktorer och efter kärnkraftsolyckor som Fukushima-katastrofen 2011.

Den nya generationens mikroporösa material designad i Dartmouth är resultatet av att kemiskt sy små organiska molekyler för att bilda ett ramverk som skrubbar isotopen från vatten.

"Det finns helt enkelt inget kostnadseffektivt sätt att ta bort radioaktivt jod från vatten, men nuvarande metoder för att låta havet eller floderna späda ut den farliga föroreningen är alldeles för riskabla, sade Chenfeng Ke, biträdande professor vid Institutionen för kemi vid Dartmouth College. "Vi är inte säkra på hur effektiv den här processen kommer att vara, men det här är definitivt det första steget mot att känna till dess sanna potential."

Radioaktivt jod är en vanlig biprodukt av kärnklyvning och är en förorening i kärnkraftskatastrofer, inklusive den senaste härdsmältan i Japan och Tjernobyl-katastrofen 1986. Även om det är relativt vanligt att ta bort jod i gasfasen, Jod har aldrig tagits bort från vatten innan Dartmouth-forskningen.

"Vi har löst det envisa vetenskapliga problemet att göra ett poröst material med hög kristallinitet som också är kemiskt stabilt i starkt surt eller basiskt vatten, sa Ke, huvudutredare för forskningen. "I processen att utveckla ett material som bekämpar miljöföroreningar, vi skapade också en metod som banar väg för en ny klass av porösa organiska material."

Forskningen, publicerad i numret 31 maj av Journal of the American Chemical Society , beskriver hur forskare använde solljus för att tvärbinda små molekyler i stora kristaller för att producera det nya materialet. Tillvägagångssättet skiljer sig från den traditionella metoden att kombinera molekyler i en kruka.

Under forskningen, koncentrationer av jod minskade från 288 ppm till 18 ppm inom 30 minuter, och under 1 ppm efter 24 timmar. Den mjuka sömnadstekniken resulterade i ett material som andas som ändrade form och absorberade mer än dubbelt sin vikt av jod. Sammansättningen visade sig också vara elastisk, vilket gör den återanvändbar och potentiellt ännu mer värdefull för miljösanering.

Enligt Ke, föreningen skulle kunna användas på ett sätt som liknar att applicera salt på förorenat vatten. Eftersom det är lättare än vatten, materialet flyter för att adsorbera jod och sjunker sedan när det blir tyngre. Efter att ha tagit på jod, föreningen kan samlas upp, rengöras och återanvändas medan de radioaktiva elementen skickas för lagring.

Labbforskningen använde icke-radioaktivt jod i saltat vatten för experimentet, men forskare säger att det också kommer att fungera under verkliga förhållanden. Ke och hans team hoppas att materialet genom fortsatta tester kommer att visa sig vara effektivt mot cesium och andra radioaktiva föroreningar i samband med kärnkraftverk.

"Det skulle vara idealiskt att skrubba fler radioaktiva arter än jod - du skulle vilja skrubba allt radioaktivt material på en gång, " sa Ke.

Forskare vid Dartmouths Ke Functional Materials Group är också hoppfulla om att tekniken kan användas för att skapa material för att rikta in sig på andra typer av oorganiska och organiska föroreningar, särskilt antibiotika i vattenförsörjning som kan leda till skapandet av superresistenta mikroorganismer.