Argonne National Laboratory entwickelt 3D-gedruckten Apparat für Recycling von Molybdän-99

Forscher des Argonne National Laboratory des US-Energieministeriums haben das Recycling eines wichtigen medizinischen Isotops mit Hilfe von 3D-gedruckten Teilen erfolgreich verbessert. Die neuen additiv hergestellten Teile machen das ursprüngliche Recyclingverfahren des Labors – das 2015 erfunden wurde – schneller, zuverlässiger und kostengünstiger, so dass die Methode potenziell im industriellen Maßstab eingesetzt werden kann.

Radiologen verwenden Molybdän-99 (Mo-99), um Herzkrankheiten, Knochenschwund und verschiedene seltene Krebsarten zu erkennen und zu diagnostizieren. Angereichertes Molybdän, das für die Herstellung von Mo-99 entscheidend ist, kostet in der Regel bei der Beschaffung etwa 1000 Dollar pro Gramm. Die Hersteller von Mo-99 waren bisher nicht in der Lage, angereichertes Molybdän in großem Maßstab kosteneffizient zu recyceln. Das Argonne-Team hat nun einen 3D-gedruckten Apparat entwickelt, der die Effizienz des Recyclingprozesses steigern kann. So sollen Hersteller mehr Mo-99 aus ihren teuren angereicherten Molybdänvorräten gewinnen können.

Das Projekt wurde von Peter Tkac geleitet, dessen Team als erstes das Recycling von angereichertem Molybdän entdeckte. Im ursprünglichen Prozess verwandelte das Team das verwendete angereicherte Molybdän zusammen mit einem Chemikaliencocktail in eine Säurelösung. Das angereicherte Molybdän wurde dann in mehreren Stufen mit Hilfe von Trichtern und Reagenzgläsern gereinigt – ein Prozess, der sich als mühsam erwies. Tkac erklärte in einer Pressemitteilung, dass die ursprüngliche Methode sehr schwer zu automatisieren gewesen wäre.

Tkac begann zusammen mit Peter Kozak, einem Kollegen am Argonne National Laboratory, und anderen daran zu arbeiten, den ursprünglichen Prozess zu automatisieren. Die Trichter und Reagenzgläser, die zur Aufnahme und zum Transport der im Prozess verwendeten ätzenden Chemikalien verwendet wurden, wurden durch 3D-gedruckte Acrylkontaktoren ersetzt. Diese Kontaktoren sollen es ermöglichen den Recyclingprozess zu beschleunigen und kosteneffizienter zu machen.

Während die neue Apparatur das angereicherte Molybdän effektiv von Verunreinigungen wie Kalium abtrennte, stellte das Team jedoch fest, dass das 3D-gedruckte Acryl nach 15 Stunden Betrieb aufgrund des niedrigen pH-Wertes der Salzsäure korrodierte.

Kozak erklärte: “Unser Experiment war erfolgreich, aber wenn man in die volle Produktion gehen will, braucht man Material, das viel länger hält.

Das Forschungsteam entschied sich schließlich für Polyetheretherketon (PEEK), ein langlebiges Polymer, das für seine chemische Beständigkeit bekannt ist. Bei der Erprobung von 3D-gedruckten Kontaktoren aus PEEK stellte das Team jedoch fest, dass das Material während des Herstellungsprozesses erheblich schrumpfte, was zu Verformungen führte. Um dem entgegenzuwirken, änderten die Argonne-Wissenschaftler die Lüftergeschwindigkeiten und Temperaturen des Druckers und druckten schließlich erfolgreich 3D-gedruckte Kontaktkörper aus PEEK, die stärker und flexibler als die ursprünglichen Acrylteile waren. Das Endergebnis war ein schnelleres und kosteneffektiveres System für das Recycling von angereichertem Molybdän, das den rauen chemischen Bedingungen über einen längeren Zeitraum standhalten kann.

Details zu dieser Forschung findet man im Paper mit dem Titel “Demonstration of the MOEX Process Using Additive-Manufacturing-Fabricated Annular Centrifugal Contactors” in dem Journal of Solvent Extraction and Ion Exchange. Die Autoren sind Peter Kozak, Peter Tkac, Kent Wardle, Alex Brown und George Vandegrift.