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

Источник: scientificrussia.ru