Novo método para separar actiniídeo

Um novo método para purificar elementos de actinídeos que é muito mais eficiente do que as abordagens convencionais poderia revolucionar a separação de íons metálicos. O método baseia-se em ligantes inspirados em sideróforos que podem se ligar, com seletividade sem precedentes, a cátions metálicos baseados no tamanho e na carga do metal.

Produzir isótopos puros é crucial para muitos campos, incluindo medicina nuclear, reciclagem de resíduos, exploração espacial e, é claro, pesquisa fundamental. Todas essas aplicações exigem alta pureza do produto, o que significa técnicas de separação altamente eficientes e econômicas. Purificar o elemento alvo separando os contaminantes pode ser difícil e demorado, no entanto. Esses contaminantes costumam ser os elementos vizinhos do alvo na tabela periódica.

Pesquisadores do Lawrence Berkeley National Laboratory vêm estudando uma classe de quelantes de hidroxipiridinona (HOPO) por sua capacidade de se ligarem seletivamente a metais com alta eficiência. Essas moléculas mostram-se promissoras para uso na ciência da separação graças à sua combinação única de propriedades; São elas: sua solubilidade na água; sua estrutura consistindo apenas de átomos de H, C, N e O; sua capacidade de controlar estados de oxidação de metal sem a necessidade de espécies ativas redox adicionais; sua seletividade baseada em carga extremamente alta; e sua estabilidade quando ligada a metais, mesmo em ácidos fortes.

Compostos à base de sideróforos

Gauthier Deblonde, Abel Ricano e Rebecca Abergel do Berkeley Lab têm se concentrado em compostos à base de sideróforos sintéticos. Os pesquisadores têm conhecimento sobre essa classe de ligantes, compreendendo derivados de HOPO e catecolamida (CAM), por décadas, mas eles raramente, ou nunca, os estudaram para aplicações de separação.

A equipe analisou o composto modelo 343HOPO, que é melhor do que qualquer quelante conhecido em termos de seletividade específica de carga e, em particular, para a ligação de íons tetravalentes. Isso significa que ele pode ser usado para isolar íons carregados – algo que poderia ser útil para separar os íons de actínio / tório (Ac3+/Th4+) ou as misturas de íon plutônio / amerício (Pu4+/Am3+).

Os pesquisadores começaram testando 343HOPO em Ac-225. Esse isótopo é promissor para radioterapia direcionada (terapia alfa), mas seu desenvolvimento e uso estão sendo prejudicados por falta de disponibilidade. Eles descobriram que o fator de separação (SF) é tão alto quanto 106 para isolar Ac de impurezas metálicas. O SF é uma medida de quão bem um elemento pode ser separado de uma mistura. Um SF alto significa que menos etapas e menos solventes são necessários no processo de separação, tornando-o mais rápido e econômico.

Uma alternativa aos processos químicos atuais

O uso do 343HOPO poderia ser uma alternativa aos atuais processos de separação química em desenvolvimento. Os pesquisadores também purificaram dois outros actinídeos em seu estudo, Pu e berquélio (Bk). Um isótopo de plutônio, o Pu-238, é usado para alimentar robôs enviados para explorar Marte. Os isótopos de plutônio também estão presentes nos resíduos de usinas nucleares, onde devem ser separados do urânio. Bk, por sua vez, é importante para pesquisas fundamentais e como alvo para descobrir novos elementos.

Novamente, os pesquisadores encontraram valores extremamente altos de FS: um SF de 10 para purificar o Pu de íons de uranila e produtos de fissão e trineto trivalente e um SF de mais de 3 x 10 para isolar Bk de actinídeos adjacentes e produtos de fissão.

 

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Fonte: Physics World