Een poreuze combinatie van gallium, antimoon en zwavel kan selectief cesiumionen verwijderen uit een oplossing die verder vooral natriumionen bevat. Dat opent perspectieven bij de verwerking van radioactief afval, zo schrijven Mercouri Katzanidis en zijn promovendus Nan Ding in Nature Chemistry.

De auteurs vergelijken de werking van hun materiaal met die van de Venusvliegenvanger (Dionaea muscipula), een vleesetende plant die zijn bladeren laat dichtklappen rond bezoekende insecten.

De ionenwisselaar (want dat is het in feite) bestaat uit afwisselende lagen van (Ga2Sb2S7)2- en ((CH3)2NH2)+. De metaalsulfidelaag is poreus, zodat de organische kationen er gemakkelijk tussenuit kunnen.

Het afval dat ze in gedachten hebben bevat radioactieve cesium-isotopen, opgelost in water in de vorm van Cs+-ionen. Gewoonlijk bevat dat afval ook niet-radioactief Na+, en wel in concentraties die een factor 1000 hoger liggen. Tot nu toe had nog niemand een bruikbare manier gevonden om het cesium hier tussenuit te vissen.

Breng je dit afval in contact met de ionenwisselaar, dan wordt ((CH3)2NH2)+ vanzelf uitgewisseld met Na+ en Cs+. Dat laatste ion is groot en 'zacht', en vormt bovendien een zwakke binding met de aanwezige zwavel. Het gevolg is dat het materiaal vervormt en de poriën zo ver worden dichtgetrokken dat het cesium er niet meer uit kan.

De veel kleinere natriumkationen, die bovendien verpakt zitten in watermoleculen, vertonen dit onverwachte effect niet. Het eindresultaat is dat de ionen-uitwisseling doorgaat totdat de wisselaar helemaal vol cesium zit, of tot alle cesiumionen zijn gebonden. Dat laatste is dus de bedoeling: het resterende water is niet radioactief, en het in de vaste stof geconcentreerde cesium kan gemakkelijk verder worden verwerkt.

bron: Northwestern University

Onderwerpen