Nieuw materiaal scheidt edelgassen xenon en krypton
Computersimulatie toont industriële relevantie aan
Nieuwe materialen kunnen in de toekomst wellicht edelgassen uit de lucht filteren. Professor Rajamani Krishna van het Van 't Hoff Institute for Molecular Sciences droeg bij aan een Amerikaans onderzoek naar de eigenschappen van deze zogeheten Metal Organic Frameworks. In het gerenommeerde tijdschrift Accounts of Chemical Research voorzien de wetenschappers een eerste toepassing van de MOFs in het afvangen van vluchtige radioactieve edelgassen die vrijkomen bij de opwerking van kernbrandstoffen.
In de afgelopen decennia hebben chemici een veelbelovende klasse van microporeuze materialen ontwikkeld, waarvan de adsorptiekarakteristieken via slim moleculair ontwerp zijn in te stellen. Deze metal organic frameworks (MOFs) zijn opgebouwd uit metaalionen die organische moleculen met elkaar verbinden tot een zeer gestructureerde poreuze moleculaire architectuur.
Professor Rajamani Krishna van de onderzoeksgroep Computational Chemistry bij HIMS voerde al vele simulaties uit van het gedrag van MOFs in een breed scala aan mogelijke toepassingen. Onlangs droeg hij bij aan onderzoek van het Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) in Richland, Washington (Verenigde Staten) naar de toepassing van MOFs voor de scheiding van de edelgassen xenon en krypton uit gasmengsels.
Opwerking van splijtstofstaven
Het onderzoek laat zien aan dat bepaalde typen MOFs inderdaad in staat zijn xenon en krypton te scheiden. Ze zouden een alternatief kunnen vormen voor energie-intensieve cryogene destillatietechnieken waarmee de edelgassen nu uit lucht worden afgevangen. De MOFs moeten dan wel in grote hoeveelheden en tegen lage kosten geproduceerd kunnen worden, maar dat is volgens de onderzoekers in principe mogelijk.
Voor het zover is zien de wetenschapper mogelijkheden voor de verwijdering van radioactieve xenon- en kryptondeeltjes die vrijkomen bij het opwerken van verbruikte splijtstofstaven uit kernreactoren. Dat is een relatief kleinschalig proces waarvan de totale kosten niet erg afhangen van de materiaalkosten van de MOFs.
Publicatie
Debasis Banerjee, Amy J. Cairns, Jian Liu, Radha K. Motkuri, Satish K. Nune, Carlos A. Fernandez, Rajamani Krishna, Denis M. Strachan, and Praveen K. Thallapally: Potential of Metal–Organic Frameworks for Separation of Xenon and Krypton Acc. Chem. Res., Article ASAP, Publication Date (Web): December 5, 2014 DOI: 10.1021/ar5003126