2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉对U(Ⅳ)的萃取行为与机理研究

摘要

安全、有效地处理处置核能乏燃料是国家高科技发展规划中的重大战略任务之一.由于乏燃料中次锕系元素半衰期长且具有强的放射毒性和化学毒性,对环境构成长期威胁.学者们提出的"分离-嬗变"概念,旨在将次锕系元素从高放废液(HLLW)中分离出来进行嬗变,使之转化为短寿命核素或稳定核素.镧系元素由于中子吸收截面大，在堆内会大大影响中子的经济性，从而影响嬗变效率，因此镧锕分离对于“分离-嬗变”意义重大。另一方面，三价Ln/Am相似的离子半径和化学性质，使得Ln(Ⅲ)/Am(Ⅲ)分离成为了HLLW处理中最具挑战的科学与技术问题。中科院高能物理所核能放射化学实验室基于前人的工作独立合成了多种新型萃取剂，筛选了新型萃取剂2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉(Et-ToI-DAPhen),该配体以刚性邻菲罗琳为骨架，同时引入柔性酰胺基团，实现了在同一种配体上软硬原子的结合。前期实验表明该配体能有效萃取不同价态的锕系元素如U(Ⅵ)、Th(IV), Am(Ⅲ)，而对三价镧系元素则几乎不萃取，从而可实现高效的锕/镧组分离，在未来先进后处理流程中有重要的潜在应用前景。rn 本工作系统研究了Et-ToI-DAPhen对铀酰的萃取行为与机理，研究结果表明，该配体在多种稀释剂中均具有较好的溶解性和稳定性，并具有极快的萃取动力学，在5分钟即基本实现萃取平衡。研究发现，在3M硝酸条件下，U(Ⅵ)在有机相与水相中的分配比(D)为355。rn 用水进行反萃，一次便能实现反萃率大于80%，性能明显优于大多数已报道的镧锕分离萃取剂。同时，Et-ToI-DAPhen对镧系元素基本不萃，能够实现极为高效的镧锕分离。