Extrakční činidla

Kontakt: B. Grüner

Po havárii reaktorů ve Fukušimě přijala široká veřejnost názor, že hlavním problémem jaderné energetiky je bezpečnost reaktorů. Nicméně, pro udržitelný rozvoj jaderných technologií se zdá být stejně podstatné vyřešení způsobu nakládání s vyhořelým palivem a vysoce aktivními jadernými odpady. Proto rozvinuté státy uvažují o zpracování odpadů či přepracování paliva v uzavřeném cyklu, který by vedl k důsledné eliminaci nejvíce radiotoxických štěpných produktů (aktinoidů) a eventuálně také radioaktivního Cs⁺ a Sr²⁺, a výrazně tak snížil (až tisíckrát s ohledem na dobu nezbytného uložení a šedesátkrát z hlediska objemu) objem radioaktivních odpadů ukládaných v povrchových i hlubinných úložištích (P&T koncept). Pracovníci ústavu se na vývoji takovýchto technologií dlouhodobě podílejí v rámci národních projektů i ve spolupracích s mezinárodními týmy. Modifikované borové klastrové anionty jsou totiž pro svou vysokou chemickou a radiační stabilitu, velkou separační účinnost a dobrou selektivitu (především pro Cs⁺ and Sr²⁺) vhodnými kandidáty pro isolaci radionuklidů metodami extrakce z vodné do organické fáze.  Jejich robustní vlastnosti lze dokumentovat úspěšným využitím technologie kobalt bis(dikarbollidového) procesu (původně vyvinut v ČR spoluprací ÚACh a ÚJV Řež) k průmyslové separaci Cs⁺ a Sr²⁺ (o celkové aktivitě větší než 10⁷ Ci po roce 1996) v unikátním zařízení Mayak (Ozersk, Ruská Federace), či úspěšných demonstračních testech separace ekologicky nebezpečných radionuklidů z odpadů v INEEL, USA (modifikovaný proces UNEX).

V současné době probíhá vývoj nových typů  extrakčních činidel se zvýšenou selektivitou, a to i pro účinnou skupinovou extrakci lanthanoidů a minoritních aktinoidů. Té je dosahováno kovalentní vazbou vhodných komplexujících funkčních skupin na skelet klastrových borátových a metallakarbaborátových aniontů. Dalším trendem je studium vlivu přítomnosti funkčních skupin a klastrových aniontů na preorganizovaných supramolekulárních matricích typu calixarenů na účinnost a selektivitu extrakce. Na obrázku vlevo je krystalová struktura Cs⁺ komplexu  t-Bu-calix[4]arenu, kerý nese dva kovalentně vázané kobalt bis(dikarbollidové)^1- ionty. Modré representují ionty cesia, které jsou komplexovány ve dvou odlišných koordinačních okolích, t.j. v kavitě calixarenu (šedé) a poblíž dvou metallakarboranových klastrů (zelené).

Na obrázku vpravo je krystalograficky stanovená struktura dimeru sodné soli kobalt bis(dikarbollidového) derivátu [(8-CMPO-(CH₂-CH₂O)₂-1,2-C₂B₉H₁₀)(1’,2’-C₂B₉H₁₁)-3,3’-Co(III)](1-) (CMPO = Ph- P(O)-(CH₂)_nC(O)N¹t-C₈H₁₇). Tento iontový ligand je schopen selektivně komplexovat Ln³⁺/An³⁺,  pro svoji optimální rozpustnost a extrakční účinnost byl vybrán pro detailní testy.

Pracovníci ústavu se rovněž podílejí na analýzách a expertízách hydrolytické a radiační stability modifikovaných bis(triazinyl bipyridinů) navržených pro selektivní extrakci minoritních aktinoidů, a to v rámci projektu EU ASCEPT (7. R.P).

Souhrn lze nalézt ve dvou nedávno publikovaných knižních kapitolách:

• J. Rais and B. Grüner, Extraction with Metal bis(Dicarbollide) Anions; Metal bis(Dicarbollide) Extractants and their Applications in Separation Chemistry, Solv. Extr., Ion Exch., Vol. 17. (Y. Marcus, A.K. SenGupta Eds.), 243-334, Marcel Dekker N.Y. 2004.
• B. Grűner, J. Rais, P. Selucký, M. Lučaníková, "Recent progress in extraction agents based on cobalt bis(dicarbollides) for partitioning of radionuclides from high level nuclear waste",  Chapter 19, Recent progress in extraction agents based on cobalt bis(dicarbollides) for partitioning of radionuclides from high level nuclear waste, in Boron Science- New Technologies and Applications, N.S. Hosmane, Editor. pp. 463-490. CRC Press: Boca Raton, London, New York, 2011, ISBN-978-1-4398266-3-8.