Radiation-resistant metal-organic framework enables efficient separation of krypton fission gas from spent nuclear fuel

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作者
Sameh K. Elsaidi,Mona H. Mohamed,Ahmed Helal,Mitchell Galanek,Tony Pham,Shanelle Suepaul,Brian Space,David Hopkinson,Praveen K. Thallapally,Ju Li
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:11 (1): 3103-3103 被引量:100
标识
DOI:10.1038/s41467-020-16647-1
摘要

Abstract Capture and storage of volatile radionuclides that result from processing of used nuclear fuel is a major challenge. Solid adsorbents, in particular ultra-microporous metal-organic frameworks, could be effective in capturing these volatile radionuclides, including 85 Kr. However, metal-organic frameworks are found to have higher affinity for xenon than for krypton, and have comparable affinity for Kr and N 2 . Also, the adsorbent needs to have high radiation stability. To address these challenges, here we evaluate a series of ultra-microporous metal-organic frameworks, SIFSIX-3-M (M = Zn, Cu, Ni, Co, or Fe) for their capability in 85 Kr separation and storage using a two-bed breakthrough method. These materials were found to have higher Kr/N 2 selectivity than current benchmark materials, which leads to a notable decrease in the nuclear waste volume. The materials were systematically studied for gamma and beta irradiation stability, and SIFSIX-3-Cu is found to be the most radiation resistant.
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