Материал CC3 мог быть полезным в удалении нежелательных или опасных радиоактивных элементов от ядерного топлива или воздуха в зданиях и также в переработке полезных элементов от цикла ядерного топлива. CC3 намного более отборный в заманивании в ловушку этих газов по сравнению с другими экспериментальными материалами. Кроме того, CC3 будет, вероятно, использовать меньше энергии возвратить элементы, чем традиционные методы лечения, по словам авторов.Команда составила из ученых из Ливерпульского университета в Великобритании, Тихоокеанской Северо-западной Национальной лаборатории Министерства энергетики, Ньюкаслского университета в Великобритании и Экс-ан-Провансе-Марселе, который Universite во Франции выполнил моделирования и лабораторные эксперименты, чтобы определить, как – и как хорошо – CC3 мог бы отделить эти газы от выхлопа или отходы.
«Ксенон, криптон и радон – благородные газы, которые химически инертны. Это мешает находить материалы, которые могут заманить их в ловушку», сказал соавтор Правин Таллэпалли PNNL. «Таким образом, мы были счастливо удивлены тем, как легко CC3 удалил их из газового потока».Благородные газы редки в атмосфере, но некоторые, такой как радон приезжают в радиоактивные формы и могут способствовать раку. Другие, такие как ксенон являются полезными промышленными газами в коммерческом освещении, медицинским отображением и анестезией.
Обычный способ удалить ксенон из воздуха или возвратить его от ядерного топлива включает охлаждение воздуха далеко ниже, где вода замораживается. Такие криогенные разделения – энергия, интенсивная и дорогая.
Исследователи исследовали материалы, названные металлически-органическими структурами, также известными как министерства финансов, которые могли потенциально заманить в ловушку ксенон и криптон, не имея необходимость использовать криогенику. Хотя ведущее министерство финансов могло удалить ксенон при очень низких концентрациях и при температуре окружающей среды превосходно, исследователи хотели найти материал, который выступил лучше.Сотрудник Таллэпалли Эндрю Купер в Ливерпульском университете и другие исследовали материалы, названные пористыми органическими клетками, молекулярные структуры которых составлены из повторяющихся единиц та форма 3-D клетки. Клетки, построенные из молекулы под названием CC3, являются правильным размером, чтобы держать приблизительно три атома ксенона, криптона или радона.
Проверить, мог ли бы CC3 быть полезным здесь, команда, моделируемая на компьютере CC3, взаимодействующий с атомами ксенона и других благородных газов. Молекулярная структура CC3 естественно расширяется и сокращается.
Исследователи нашли, что это дыхание создало отверстие в клетке, которая выросла до 4,5 ангстремов, широких и сокращенных к 3,6 ангстремам. Один атом ксенона – 4,1 широкие ангстрема, предполагая, что это могло соответствовать в окне, если клетка открывается достаточно долго. (Криптон и радон – 3,69 ангстрема и 4,17 широкие ангстрема, соответственно, и требуется 10 миллионов ангстремов, чтобы охватить миллиметр.)
Компьютерные моделирования показали, что CC3 открывает свои окна, достаточно большие для ксенона приблизительно 7 процентов времени, но это достаточно для ксенона, чтобы прыгать в. Кроме того, у ксенона есть более высокая вероятность прыгания в, чем прыгание, по существу заманивая благородный газ в ловушку внутри.Команда тогда проверила, как хорошо CC3 мог вытащить низкие концентрации ксенона и криптона из воздуха, соединения газов, которые включали кислород, аргон, углекислый газ и азот. С ксеноном в 400 частях за миллион и криптон в 40 частях за миллион, исследователи послали соединение через образец CC3 и имели размеры, сколько времени это взяло для газов, чтобы выйти другая сторона.
Кислород, азот, аргон и углекислый газ – богатые компоненты воздуха – поехали через CC3 и продолжили измеряться для полного 45-минутного промежутка эксперимента. Ксенон, однако, оставался в CC3 в течение 15 минут, показывая, что CC3 мог отделить ксенон от воздуха.Кроме того, CC3 заманила вдвое больше ксенона в ловушку как ведущий материал министерства финансов. Это также поймало ксенон 20 раз чаще, чем это поймало криптон, особенность, известная как селективность.
Ведущее министерство финансов только предпочло ксенон в 7 раз больше. Эти эксперименты указали на улучшенную работу в двух важных особенностях такого материала, способности и селективности.«Мы знаем, что CC3 делает это, но мы не уверены почему. Как только мы понимаем, почему CC3 заманивает благородные газы в ловушку так легко, мы можем изменить к лучшему ее», сказал Таллэпалли.
Чтобы исследовать, предлагают ли министерства финансов и пористые органические клетки экономические преимущества, исследователи оценили стоимость по сравнению с криогенными разделениями и решили, что они, вероятно, будут менее дорогими.«Поскольку эти материалы функционируют хорошо в окружающем или близко к температуре окружающей среды, процессы на основе их – меньше энергии, интенсивной, чтобы использовать», сказал Денис Стракан PNNL.
Материал мог бы также найти использование в фармацевтических препаратах. Большинство молекул прибывает в право-и лево-рукие формы и часто только одну работу формы у людей.
В дополнительных экспериментах Купер и коллеги в Великобритании проверили способность CC3 отличить и отделить лево-и предназначенные для правой руки версии алкоголя. После отделения лево-и предназначенных для правой руки форм CC3 команда показала в биохимических экспериментах, что каждая форма выборочно заманила только одну форму в ловушку алкоголя.