Jak radzić sobie z toksycznością cezu – często wykorzystywanego, a niebezpiecznego dla ludzi i środowiska? Pomóc mogą nanomateriały zawierające sumanen. Jedyny naukowiec na świecie, który zajmuje się takim zastosowaniem tego związku, pracuje na Politechnice Warszawskiej.
Wysokie stężenia izotopu cezu 137Cs występuje głównie tam, gdzie doszło do katastrof elektrowni atomowych. Tak było np. w Fukushimie i przyniosło poważne konsekwencje. Japonia jest bowiem krajem wyspiarskim, więc problem okazał się o wiele większy niż w Czarnobylu – toksyczny cez przedostał się do wody, w tym do wód gruntowych, na tereny, na których uprawiany jest ryż. Należy pamiętać, że jeśli izotop cezu dostanie się już do środowiska, będzie w nim występował przez minimum 30 lat.
Problem z cezem dotyczy jednak nie tylko miejsc katastrof, a całego świata, bo pierwiastek (pod różnymi postaciami) wykorzystuje się m.in. w leczeniu nowotworów, przemyśle farmaceutycznym, a nawet w suplementach diety. Naukowcy zaczęli więc szukać sposobów usuwania soli cezu z roztworów wodnych. I natrafili na dwie główne trudności – niską selektywność opracowanych rozwiązań (usuwają nie tylko cez, ale też pożądane pierwiastki, takie jak potas i magnez) oraz wysokie koszty utylizacji.
Dr inż. Artur Kasprzak z Wydziału Chemicznego Politechniki Warszawskiej opracował nowy materiał – składający się z magnetycznych nanocząstek węglowych z rdzeniem kobaltowym modyfikowanych sumanenem.
Sumanenem zainteresowałem się w 2019 roku podczas stażu naukowego w Osaka University w Japonii, gdy pracowałem w zespole prof. Hidehiro Sakurai. To on w 2003 roku odkrył ten związek – opowiada dr Kasprzak. – Zwróciłem uwagę, że większość badań prowadzonych nad sumanenem to głównie badania strukturalne i syntetyczne. Brakowało w nich informacji o praktycznym wykorzystaniu. Udało mi się jedynie znaleźć wzmiankę, że sumanen w sposób selektywny oddziałuje z kationami cezu.
Dr Kasprzak postanowił praktycznie wykorzystać to działanie sumanenu, opracowując magnetyczny nanoadsorbent cezu.
Materiał absorbujący cez wsypuje się do zanieczyszczonej wody. Jego właściwości magnetyczne pozwalają na szybkie, łatwe i dokładne oddzielenie materiału od roztworu. Jeśli wrzucimy do zanieczyszczonej wody materiał bez tych właściwości, musimy oddzielić go w inny sposób, chociażby poprzez odsączanie lub wirowanie. W kuchni jest to proste, ale w przemyśle już nie. Właściwości magnetyczne ułatwiają cały proces. Wystarczy, że przyłoży się magnes do fiolki i materiał oddziela się od roztworu, a wraz z nim cez– opisuje inżynier z PW.
We współpracy z zespołem prof. Hidehiro Sakurai z Japonii przeprowadził badania sprawdzające skuteczność swojego rozwiązania. Dowiedli, że pozwala ono usunąć cez z roztworu, a testy z wykorzystaniem sodu i potasu jako „przeszkadzaczy” (interferentów) potwierdziły selektywność metody. Pomyślnie wypadły również próby z zawierającymi sól cezu ściekami wodnymi, powstającymi w trakcie prac nad prekursorem leku przeciwnowotworowego i w przypadku ścieków generowanych w rutynowych syntezach organicznych. Badania potwierdziły ponadto, że wytworzony materiał może być wykorzystywany wielokrotnie, ma dużą pojemność adsorpcyjną i można go łatwo regenerować – wystarczy trochę wody. To zmniejsza objętość ścieku zawierające cez i pozwala obniżyć koszty związane z przechowywaniem czy utylizacją odpadów.
źródło: www.badawcza.pw.edu.pl