Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 700

Химики РФ нашли новый способ получения металлического технеция

Химики РФ нашли новый способ получения металлического технеция
Теперь его можно получать при помощи электрического тока, пропускаемого через растворы этого элемента, и в перспективе его можно будет извлекать таким методом из отработанного ядерного топлива

Технеций широко применяют в ядерной медицине, но из-за сложного процесса производства он остается очень дорогим. Российские ученые из РХТУ им. Д.И. Менделеева вместе с коллегами нашли более простой и дешевый метод его синтеза

Теперь металлический технеций можно получать при помощи электрического тока, пропускаемого через растворы этого элемента. В перспективе его можно извлекать таким методом из отработанного ядерного топлива, а кроме нужд медицины он полезен для синтеза драгоценного металла рутения, сообщает пресс-служба РХТУ. Исследование опубликовано в июльском номере Journal of Electroanalytical Chemistry.

Технеций (Tc) - это радиоактивный элемент, который в большом количестве содержится в отработанном ядерном топливе. Его широко применяют в ядерной медицине как контрастную метку для диагностики внутренних органов и опухолей: только в США это более 10 миллионов процедур в год. При этом для визуализации тканей нужен не простой технеций, а его особый, метастабильный изотоп с периодом полураспада всего 6 часов. Поэтому его получают прямо в клиниках с помощью портативных ядерных генераторов, в которых потоком нейтронов бомбардируются молибденовые мишени.

Технеций потом выделяют из полученной смеси в несколько стадий, и вся процедура получается очень дорогая и сложная. Но в теории ее можно упростить, если для осаждения технеция использовать не химических методы, а электрохимические - то есть пропускать через смесь электрический ток. Однако на практике именно российские химики впервые показали возможность такого подхода.

«У технеция есть множество степеней окисления и в смеси, получающейся после облучения молибденовой мишени, он преимущественно находится в своей высшей степени +7, а выделять его лучше всего уже в виде металла со степенью окисления 0 - так с ним дальше можно будет делать что угодно», - комментирует первый автор работы, профессор РХТУ, Виталий Кузнецов. 

«Прежде всего нам нужно было установить возможно ли в принципе электроосаждение металлического технеция, потому что в литературе его электрически восстанавливают до степеней +4 или +3, а дальше всё замалчивается».

Химизм достаточно сложный

В экспериментах ученые работали с солью KTcO4 (степень окисления технеция в ней +7), они опускали в ее растворы платиновые электроды и подавали напряжение до 1.6 В. В обычных условиях, то есть когда соль растворена только в воде, так получить металлический технеций невозможно: во время электролиза на поверхности электродов образуется пленка оксидов технеция, которая не проводит электрический ток и блокирует его дальнейшее восстановление до металла. Поэтому ученые подобрали другой электролит - вместо чистой воды использовали концентрированные водные растворы ацетатов, в которых поддерживался постоянный рН и нежелательные процессы были минимизированы.

Исследователи сначала показали с помощью электрохимических методов, что в таких средах Tc в степени окисления +7 может восстанавливаться до 0, а потом с помощью рентгеновской спектроскопии изучили структуру покрытий, получающихся на электродах при электролизе KTcO4. Оказалось, что пленки действительно содержат атомы технеция и только малые примеси оксидов, но сам технеций при этом находится не в металлическом, а аморфном состоянии.

«Сам химизм технеция по себе достаточно сложный: у него уйма степеней окисления, склонность к образованию кластерных разновалентных соединений», - комментирует профессор РХТУ. 

«Например, только недавно разобрались какого цвета технециевая кислота - долго считали, что она сама по себе имеет розовую или красную окраску, а недавно выяснилось, что ее красный цвет получается только из-за того, что она частично разлагается с появлением пятивалентного технеция. То есть сама химия и тем более электрохимия технеция исследована еще плохо и было важно показать, что вообще существует такая принципиальная возможность получения полного электровосстановления технеция, пускай и с осаждением частично аморфного, а не полностью металлического покрытия».

Отработанное ядерное топливо как источник драгоценных металлов

В работе исследовали модельный состав (KTcO4), но показанный подход с использованием ацетатных растворов должен работать и для реальных систем: например в составе отработанного ядерного топлива, где, конечно, содержится еще очень много других компонентов, технеций содержится именно в степени окисления +7. Аналогичная ситуация и с метастабильным изотопом для ядерной медицины - в смеси полученной, после облучения молибденовой мишени, технеций тоже присутствует в степени окисления +7. Так что общие закономерности, установленные в исследовании для более простой системы, помогут в работе с реальными составами, а ставить эксперименты сразу на более сложных системах было бы проблематично.

«Даже пертехнетат калия (KTcO4) уже гадость жуткая из-за радиоактивности», - поясняет Виталий Кузнецов. 

«У него слабая бета-активность, а значит, плохая проникающая способность, но приличная ионизирующая - от излучения, что называется, хорошо защищает лист бумаги, но, если он попадет внутрь, будет плохо. А ты начинаешь его толочь и он летит, пыль даёт. Здесь, конечно, нужны серьезные меры радиационной безопасности: маски, перчатки, дозиметрический контроль. Поэтому даже с ним работать сложно, а если, например, сразу пробовать отрабатывать электроосаждение на метастабильном изотопе технеция, который распадается за часы, то всё станет еще сложней».

У новых результатов есть еще одно перспективное применение кроме ядерной медицины или очистки радиоактивных отходов. С помощью предложенного электроосаждения технеций можно в перспективе получать из отработанного ядерного топлива, а дальше уже из самого технеция посредством ядерных реакций можно синтезировать рутений (Ru) - драгоценный металл платиновой группы, который сейчас всё активней используют в электронике, в то время как его запасы в земной коре чрезвычайно ограничены. Сейчас ученые отрабатывают новые составы сред для проведения электроосаждения с получением более качественных металлических покрытий технеция, а затем планируют запатентовать процесс.

Иллюстрация: Изображения головного мозга при болезни Альцгеймера, полученные с помощью изотопа технеция (Tc-99m)/Radiopaedia.org

Источник: muctr.ru

осаждения технеция технеций

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.