Айвазовский
Айвазовский

21.07.2014 | Наука

Химики создали ловушку для благородных газов

Крупная международная команда учёных разработала новый уникальный пористый материал под названием СС3. Он предназначен для поимки частиц благородных газов, таких как ксенон, криптон или радон.

Исследование провели специалисты из университета Ливерпуля в Великобритании и университета Экс-Марсель во Франции.

Материал СС3 может быть использован для удаления нежелательных и даже опасных радиоактивных элементов из ядерного топлива или воздуха в зданиях, а также в переработке полезных элементов ядерного топливного цикла. По сравнению с другими экспериментальными материалами СС3 гораздо более избирателен при захвате газов. Кроме того, по сравнению с традиционными методами, СС3 использует значительно меньше энергии для восстановления элементов.

Учёные проводили компьютерное моделирование и лабораторные эксперименты для того, чтобы определить, как и насколько хорошо материал СС3 может отделить благородные газы от выхлопов или отходов.

"Ксенон, криптон и радон являются благородными газами, которые химически инертны. Поэтому очень трудно найти материалы, которые способны их захватить и удержать. Мы были приятно удивлены, когда СС3 легко удалил частицы этих газов из общего потока", — поясняет соавтор исследования Правин Таллапалли (Praveen Thallapally) из Тихоокеанской северо-западной национальной лаборатории.

Благородные газы в атмосфере Земли встречаются довольно редко, но некоторые из них, такие как радон, могут стать канцерогенными. Другие, такие как ксенон, являются полезными промышленными газами, которые используются для медицинских визуализаций и анестезии.

Традиционный метод удаления ксенона из воздуха или выделения его из ядерного топлива подразумевает охлаждение системы до очень низких температур. Однако такие способы являются крайне энергоёмкими и дорогими.

Исследователи изучали материалы называемые металл-органическими структурами, которые потенциально способны уловить и удержать ксенон и криптон, без использования криогеники. Обычно такие материалы хорошо справляются с задачей, но учёные хотели найти материл, который может претендовать на звание идеальной ловушки для благородных газов.

Так Таллапалли и его коллеги открыли пористые клетки из органических материалов, чьи молекулярные структуры состоят из повторяющихся звеньев, образующих трёхмерные камеры. Такие ловушки, построенные из молекул СС3, обладают идеальным размером, чтобы поймать до трёх атомов ксенона, криптона или радона.

Команда учёных провела компьютерное моделирование взаимодействий молекул СС3 с атомами ксенона и других инертных газов. Молекулярная структура CC3 естественно расширяется и сжимается. Исследователи обнаружили, что таким образом создаются полости в клетках, которые вырастают до 4,5 ангстрем в ширину и сокращаются до 3,6 ангстрем.

При этом один атом ксенона имеет 4,1 ангстрем в диаметре, а значит, он может проникнуть внутрь клетки, когда она расширяется на определённый срок. Криптон и радон имеют по 3,69 и 4,17 ангстрем в ширину соответственно, что также позволяет им проникать внутрь ловушки.

Компьютерное моделирование показало, что СС3 расширяет свои клетки до необходимой степени около 7% от общего времени, но этого достаточно, чтобы атомы ксенона оказались в ловушке. Кроме того, ксенон имеет более высокую вероятность быть пойманным, чем быть высвобождённым, за счёт чего повышаются шансы удержания благородного газа внутри материала.

Команда учёных затем провела лабораторный эксперимент, чтобы проверить, насколько эффективно СС3 может выделять низкие концентрации ксенона и криптона из смеси газов, которая состояла их кислорода, аргона, углекислого газа и азота. Ксенона содержалось 400 частей на миллион, а криптона — 40 частей на миллион. Поток направили на материал СС3 и измерили количество времени, которое потребовалось газам, чтобы выйти из ловушки с другой стороны.

За 45 минут эксперимента кислород, азот, аргон и углекислый газ прошли СС3 насквозь, тогда как ксенон задержался внутри на 15 минут. Так исследователи определили, что материал способен отделять ксенон от остального воздуха.

Кроме того, СС3 способен задержать вдвое больше ксенона, чем самая эффективная на сегодняшний день металл-органическая структура. Также материал ловил ксенон в 20 раз чаще, чем криптон, что демонстрирует его высокую селективность.

"Теперь мы видим, что СС3 прекрасно справляется с поставленной задачей, однако не понимаем ещё всех тонкостей процесса. Когда мы изучим их до конца, то сумеем значительно повысить производительность материала", — говорит Таллапалли, соавтор статьи, опубликованной в журнале Nature Materials.

К одному из главных преимуществ новой технологии материаловеды относят бюджетность СС3: поскольку материал хорошо работает при комнатной температуре, он является менее энергоёмким, чем его аналоги, сообщают учёные в пресс-релизе.

Данная разработка может найти применение и в фармацевтике. Большинство молекул являются либо левозакрученными, либо правозакрученными, и только одна из конфигураций может подойти пациенту в качестве лекарства.

В рамках дополнительных экспериментов учёные из Великобритании проверили способность СС3 к выделению левозакрученных и правозакрученных молекул спирта, и выявили у нового материала и эту способность. Таким образом СС3 можно использовать для индивидуального подбора биохимических препаратов для каждого пациента.

Вести.Ru

21.07.2014 | Чрезвычайное происшествие

Жертвами тайфуна в Китае стали 33 человека

Фотогармошка 300х250
Аккерманская крепость
Адвокат