p Um novo tipo de armadilha molecular em nanoescala torna possível para a indústria armazenar grandes quantidades de hidrogênio em pequenas células de combustível ou capturar, compactar e remover o gás radioativo volátil do combustível nuclear usado em um preço acessível, forma facilmente comercializada. p A capacidade de ajustar o tamanho das aberturas da armadilha para selecionar moléculas específicas ou alterar como as moléculas são liberadas em pressões industrialmente acessíveis torna a armadilha versátil de maneira única. A armadilha é construída com material disponível comercialmente e possibilitada por meio do trabalho colaborativo nos laboratórios nacionais Argonne e Sandia.

p "Isso introduz uma nova classe de materiais para a remediação de resíduos nucleares, "disse Tina Nenoff, um químico no Sandia National Laboratories. "Este projeto pode capturar e reter cerca de cinco vezes mais iodo do que as tecnologias de materiais atuais."

p Moléculas orgânicas ligadas entre si com íons de metal em uma estrutura semelhante a Tinker Toy em escala molecular chamada de estrutura metálica orgânica, ou MOF, formar a armadilha. Moléculas de iodo radioativo ou dióxido de carbono ou mesmo hidrogênio para uso como combustível podem entrar pelas janelas na estrutura.

p Uma vez que a pressão é aplicada, essas janelas estão distorcidas, impedindo que as moléculas saiam. Isso cria uma gaiola e uma maneira de selecionar o que capturar com base na forma e no tamanho da molécula.

p A compressão também transforma o MOF de uma esponja molecular fofa que ocupa muito espaço em um pellet compacto. A capacidade de comprimir grandes quantidades de gás em pequenos volumes é uma etapa crucial para o desenvolvimento do gás hidrogênio como combustível alternativo para motores.

p Mas o que torna este MOF, chamado ZIF-8, dramaticamente diferente dos designs criados durante a última década é sua capacidade de distorcer as janelas na estrutura e reter grandes volumes de gás a pressões relativamente baixas. ZIF-8 consome cerca de duas vezes a pressão de um compactador de carro de ferro-velho, que é cerca de 10 vezes menos pressão do que a necessária para comprimir outros MOFs zeólitos comparáveis.

p Isso cria um processo ambientalmente correto que está ao alcance das máquinas industriais existentes, pode ser produzido em grande escala e é financeiramente viável.

p O ZIF-8 é composto de cátions de zinco e ligantes orgânicos à base de imidazolato. A topologia da estrutura é análoga à sodalita - uma zeólita bem conhecida.

p O uso de outros MOFs porosos disponíveis é limitado a pequenos lotes porque é necessário equipamento científico especializado para aplicar a grande quantidade de pressão necessária para comprimir a uma posição que manterá a nova forma que aprisiona o gás. Isso os torna comercialmente inviáveis.

p Chapman e seus colegas em Argonne usaram raios-X da Advanced Photon Source para aperfeiçoar a técnica de baixa pressão de transformar os MOFs em pelotas densas. A distorção da estrutura molecular que ocorre durante o processo não reduz significativamente a capacidade de armazenamento de gás.

p "Esses MOFs têm aplicativos de amplo alcance, "disse Karena Chapman, um cientista do Laboratório Nacional de Argonne, que se inspirou a explorar tratamentos de baixa pressão para MOFs por suas experiências de trabalho com MOFs flexíveis para armazenamento de hidrogênio. Antes deste trabalho, a maioria das pesquisas científicas de alta pressão, como o desenvolvimento de MOFs, inspirou-se nos estudos da Terra, onde pressões extensas causam transições em materiais geológicos.

p Com o processo de pelota resolvido, os cientistas chamaram Nenoff em Sandia para encontrar o tipo certo de molécula para a estrutura do MOF para expandir seu uso a partir da captura de hidrogênio e dióxido de carbono. Nenoff e sua equipe identificaram o ZIF-8 MOF como sendo ideal para separar e capturar moléculas de iodo radioativo de um fluxo de combustível nuclear usado com base no tamanho de seu poro e área de superfície elevada.

p Isso marca uma das primeiras tentativas de usar MOFs dessa maneira. Isso apresenta oportunidades para limpar acidentes com reatores nucleares e para reprocessar combustível. Países como a França, A Rússia e a Índia recuperam materiais físseis de componentes radioativos em combustível nuclear usado para fornecer combustível novo para usinas de energia. Isso reduz a quantidade de lixo nuclear que deve ser armazenado. O iodo radioativo tem meia-vida de 16 milhões de anos.

p A equipe de pesquisa continua analisando diferentes estruturas de MOF para aumentar a quantidade de armazenamento de iodo e prever melhor como as condições ambientais, como a umidade, afetarão o tempo de armazenamento.