Новости химической науки > Новые типы связывания уран-мышьяк

В поисках новых способов вторичной переработки отработанного ядерного топлива и уменьшения его количеств химики из Университета Ноттингема пытаются понять, каким образом уран взаимодействует с другими элементами Периодической системы – информация о типах связывания может оказаться полезной для разработки методов селективного извлечения урана из отходов ядерной энергетики.

Схема синтеза арсенидных [U–AsH₂], терминальных арсиниденовых [U=AsH] и арсенидо-комплексов [U≡AsK₂] урана. (Рисунок из Nature Chemistry (2015) DOI: 10.1038/nchem.2279)

По сравнению с теплоэлектростанциями ядерная энергетика позволяет сократить выбросы диоксида углерода и других парниковых газов, однако отходы ядерной энергетики потенциально одни из самых опасных в мире. Так, комиссия по ядерной энергетике Объединенного Королевства предсказывает, что только в Великобритании к концу XXI века скопится около 4,5 миллионов кубометров отходов ядерной энергетики. Отработанное ядерное топливо образуется после «выгорания» уранового или плутониевого топлива атомных электростанций (это топливо главным образом представлено оксидами этих элементов) и представляет собой смесь радиоактивных актиноидов и производных нераспавшегося урана или плутония.

В настоящий момент производные урана и плутония, которые можно снова пустить в «атомную печь», извлекают из отработанного ядерного топлива с помощью экстракции, однако делаются неоднократные попытки оптимизировать это процесс извлечения путем разработки новых методов, позволяющих селективно выделять уран и плутоний.

Стефан Лиддл (Stephen Liddle) из Университета Ноттингема отмечает, что существует необходимость понизить объем отходов ядерной энергетики для того, чтобы с ними было легче обращаться, хранить их и разделять на бесполезные компоненты и те элементы, которые могут быть использованы повторно. Новое исследование Лиддла посвящено изучению того, как «мягкие» элементы, такие как мышьяк, взаимодействуют с ураном – принципиально мышьяк может быть использован для дизайна лигандов, облегчающих процесс экстракции.

Лиддл отмечает, что в последнее время интерес к органическим соединениям, способным к селективной экстракции строго определенных ионов из «бульона» радиоактивных отходов, все более и более возрастает. Разработка таких экстрагентов требует необходимости понимания природы химической связи между веществами, которые могут использоваться для экстракции различных металлов, и ионами этих металлов. Эта информация в перспективе может использоваться для получения веществ, способных селективно связываться только с одним из металлов в смеси и отделять его от отходов.

Лиддл добавляет, что получается все больше свидетельств в пользу того, что для отделения урана и плутония из реакционных смесей лучше всего подходят элементы, способные выступать в качестве мягких оснований Льюиса, одним из таких элементов является мышьяк. Используя производные мышьяка, исследователи получили ряд модельных комплексов урана(IV) с мышьяком, в которых мышьяк связан с ураном одинарной, двойной и тройной связями. Комплексные соединения, стабилизированные триамидоаминным лигандом, остаются устойчивыми в мягких условиях, несмотря на поляризацию и низкую энергию диссоциации связи уран-мышьяк.

Источник: Nature Chemistry (2015) DOI: 10.1038/nchem.2279

метки статьи: #вопросы экологии, #неорганическая химия, #радиохимия и химия высоких энергий, #химическая технология, #элементоорганическая химия