Un aerogel di bismuto può fermare lo iodio radioattivo?

Un team di ricercatori ha creato un aerogel di solfuro di bismuto (Bi2S3) in un unico passo idrotermale. La procedura usa acqua, bismuto, zolfo e temperature moderate, senza passaggi complessi. Il risultato è una spugna leggera, piena di pori microscopici. Le immagini al microscopio elettronico mostrano una rete tridimensionale che ricorda una spugna di mare. Grazie a questa struttura, l’aerogel può assorbire grandi quantità di iodio. Nei test, ha catturato fino a 1.204 milligrammi di iodio per grammo di materiale. Il processo segue un modello cinetico di ordine due, il che indica che la chimica della superficie è fondamentale. L’isoterma di Freundlich descrive come l’iodio si distribuisce sui pori. Durante l’assorbimento, l’iodio passa dallo stato gassoso a quello solido, formando BiI3, un composto stabile. Questo blocca l’iodio per lunghi periodi, riducendo il rischio di dispersione. L’aerogel resiste a temperature elevate e a condizioni chimiche aggressive, dimostrando una robustezza rara nei materiali di cattura. Inoltre, il metodo di sintesi è economico e scalabile, ideale per applicazioni su larga scala. In sintesi, questo nuovo aerogel combina capacità elevata, stabilità e costi contenuti, offrendo una soluzione sostenibile per la gestione dei rifiuti nucleari.

La sintesi idrotermale è stata condotta a 180 °C per 12 ore, usando Bi(NO3)3·5H2O e Na2S come precursori. L’aggiunta di un agente chelante (EDTA) ha controllato la crescita dei cristalli, favorendo la formazione di una rete porosa. L’analisi BET ha rivelato una superficie specifica di 350 m²/g e un volume di pori di 0,8 cm³/g, con dimensioni medie di pori intorno a 5 nm, tipiche di aerogel mesoporosi. Le curve di adsorbimento di iodio mostrano una capacità massima di 1 204 mg/g, superando di gran lunga i valori di altri adsorbenti a base di carbonio o zeoliti. La cinetica pseudo‑second‑order (R² = 0,998) indica che il tasso dipende dalla disponibilità di siti attivi sulla superficie del Bi2S3. L’isoterma di Freundlich (Kf = 210 mg·g⁻¹·(L·mg⁻¹)¹⁄n, n = 0,78) suggerisce un’interazione multilayer e una superficie eterogenea. Analisi XRD e Raman hanno confermato la formazione in situ di BiI3 durante l’assorbimento, con cristalli di dimensioni nanometriche ben distribuiti. Test termici hanno mostrato che l’aerogel mantiene la sua struttura fino a 400 °C in atmosfera inerte, e resiste a soluzioni acide (pH = 2) senza degradazione significativa. Confronti con altri adsorbenti a base di bismuto (Bi2O3, BiPO4) evidenziano una capacità di cattura superiore del 30‑40 % grazie alla maggiore affinità chimica tra S e I. La scalabilità del processo è supportata da reattori da 10 L, con resa costante e costi di materia prima inferiori a 5 €/kg di aerogel. Questi risultati aprono la strada a sistemi di filtrazione modulari per impianti nucleari, dove l’aerogel può essere inserito in colonne di adsorbimento o in filtri portatili per emergenze.