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Nuklearer Abfall: Neues Material fängt radioaktive Zäsiumatome ein

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Das radioaktive Isotop Zäsium-137 wird bei der Kernspaltung erzeugt, ist wasserlöslich und äußerst giftig. In Tschernobyl hält man sie beispielsweise für die dominierende, heute noch vorhandene Strahlungsquelle. Nan Ding und Mercouri Kanatzidis von der Northwestern University in Illinois entwickelten nun ein Sulfidmaterial, das diese radioaktiven Atome selektiv einfangen kann.

Die komplexe Verbindung aus Schwefel, Antimon, Gallium, Stickstoff, Kohlenstoff sowie Wasserstoff besitzt eine flexible Struktur und enthält organische Kationen, die ihre Plätze in einer wässrigen Lösung mit Zäsiumionen tauschen können. Passiert dies, verformt sich die Materialstruktur an dieser Stelle derart, dass die radioaktiven Isotope permanent eingeschlossen werden. Die Forscher vergleichen das Prinzip mit einer Venusfliegenfalle.

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Struktur des Sulfidmaterials | Die Gitterstruktur der Verbindung [(CH3)2NH2]2Ga2Sb2S7.H2O ist hier parallel zu den [Ga2Sb2S7]2-Ebenen gezeigt. Alle Wasserstoff- und Sauerstoffatome wurden der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet. Schwefelatome sind gelb, Antimon rot, Gallium blau, Stickstoff türkis und Kohlenstoff grau eingefärbt.
Beim Ionenaustausch würden Zäsiumionen stets gegenüber anderen Alkalimetallen bevorzugt, selbst wenn diese sehr ähnlich sind und in viel höheren Konzentrationen vorliegen. Dies ließe sich vermutlich mit der speziellen Struktur und Zusammensetzung des Sulfidmaterials erklären, meinen Ding und Kanatzidis. Zudem ließe sich die chemische Reaktion in einem breiten pH-Bereich von 1,7 bis 11,8 durchführen.

Mit einer Halbwertszeit von rund 30 Jahren stellt Zäsium-137 ein hohes Risiko dar, wenn es in die Umwelt gelangt. Vor allem in Form von Pilzen und Wildfleisch, aber auch Milch, Obst und anderen Pflanzen kann es in den menschlichen Körper gelangen und sich in Leber, Milz und Nieren anreichern. Das nun entwickelte Material könnte als Modell für zukünftige Ansätze dienen, so die Forscher, um das gefährliche Isotop aus radioaktiven Abfällen zu entfernen. (mp)

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  • Quellen
Ding, N., Kanatzidis, M. G.: Selective incarceration of caesium ions by Venus flytrap action of a flexible framework sulfide. In: Nature Chemistry 10.1038/nchem.519, 2010.

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