Miljontals medicinska avbildningsförfaranden varje år förlitar sig på radioaktivt teknetium. En av dess radioisotoper sönderfaller snabbt och är användbar som spårämne inom kärnmedicin. Men en annan, technetium-99, är mycket långlivad, utgör en risk för miljön, och är ett potentiellt hälsorisk.

Technetium finns i kärnreaktoravfall och på platser som bearbetade uran för kärnvapen under det kalla kriget, som Hanford -sajten i Washington State. Den vanligaste formen av technetium - kallat pertechnetat - är vattenlösligt och har en hög potential för spridning genom marken och grundvattnet.

Men nu, forskare vid Pacific Northwest National Laboratory (PNNL), Florida International University, och Illinois Institute of Technology är närmare att förstå hur höga koncentrationer av technetium-99 kan behandlas med enkelt järn, som är billig och lättillgänglig.

Teamet genomförde nyligen experiment där nästan hela - 99,8% - av teknetium togs bort från en flytande lösning efter en månad i kontakt med järnpartiklar. Detta sker när järnet oxiderar eller förlorar elektroner i en kemisk process som kallas reduktivt avlägsnande.

"Vi låter dem bara sitta i kontakt med varandra, "sa Daria Boglaienko, miljövetare vid PNNL. "Det är det som är annorlunda med den här studien. Vi kontrollerade inga parametrar som surhet eller temperatur eller syrehalt. Vi lät bara reaktionen utvecklas spontant, som det skulle vara i naturen om dessa två föreningar kom i kontakt med varandra. "

Teamet analyserade reaktionsprodukterna i atomskala med sofistikerade instrument vid PNNL:s Radiochemical Processing Laboratory och två US Department of Energy (DOE) Office of Science användarfaciliteter - EMSL, Environmental Molecular Sciences Laboratory vid PNNL, och den avancerade fotonkällan, ligger vid Argonne National Laboratory.

Tidigare studier observerade denna reaktion under kontrollerade anaeroba förhållanden och/eller med relativt låga belastningar av technetium. Men denna studie är den första som visar hur reaktionen sker spontant under aeroba förhållanden med höga koncentrationer av teknetium, och för att förstå hur technetium införlivas i järnmineralt galler.

Forskare avslöjade i Kommunikationskemi att kluster av technetium delvis införlivas i järnmineraler, såsom magnetit, under samtidig järnoxidation och mineralisering. Detta är samma inkorporeringsmekanism som kan förväntas i ett naturligt system.

Städpotential

"Det faktum att detta experiment genomfördes under förhållanden som spontant skulle inträffa med införandet av järn, känd som nollvalent järn, har positiva konsekvenser för miljörensningsinsatser i system för behandling av underjordisk kärnavfall eller kärnavfall, "sade motsvarande författare Tatiana Levitskaia, kemist på PNNL.

Forskare fann också att närvaron av technetium bromsar oxidationen av metalliskt järn och dess ultimata omvandling från ferrihydrit till magnetit. Den långsammare processen ger technetium tid att införliva i magnetiten.

När den väl har fastnat i den kristallina strukturen, technetium oxiderar inte tillbaka till sin mer rörliga form av pertechnetat-det avlägsnas istället på lång sikt, vilket minimerar risken för utsläpp tillbaka i grundvattnet eller under ytan.

Forskargruppen fortsätter att arbeta med nollvalent järn. De har testat dess förmåga att separera och avskilja technetium i Hanford, där rengöring kommer att innebära förglasning-eller förvandling av flytande avfall till glas-för säker långtidslagring. En del av teknetiet kanske inte helt införlivas i glaset och hamnar i en sekundär avfallsström. Nollvalent järn kan vara effektivt för att avlägsna technetium från dessa sekundära avfall.