模拟高放废液中铂族金属元素的光还原分离及其纳米材料的合成

发布时间：2022-11-06 15:55

　　核能具有高效、清洁和经济等优点,是我国能源规划中用来替代化石燃料的主要能源形式之一。为实现核能的可持续发展,我国将采取闭式燃料循环,对乏燃料进行后处理,提取其中的铀（U）和钚（Pu）循环利用。然而,这一过程会产生大量高放废液（HLLW）,其主要成分除了残存的少量U和Pu,次锕系（MA）和镧系（Ln）元素之外,还有含量可观的如钯（Pd）、铑（Rh）、钌（Ru）等铂族金属元素（PGMs）。PGMs地壳储量稀少,与金、银合称“贵金属”,广泛用于化学化工领域且需求量与日俱增,但我国铂族金属矿产资源极其贫乏。为充分利用资源,减轻环境负担,解决高熔点的PGMs对高放废液玻璃固化的不利影响,提取高放废液中的PGMs具有重要意义。PGMs的回收通常采用溶剂萃取、离子交换和吸附以及电化学方法,但是这几种方法存在着诸如次级废物多、材料成本高或耐辐射要求高等缺点。另外,纳米PGMs具有独特的理化性质,比如Rh纳米颗粒（RhNps）作为催化剂应用于许多化学反应。合成RhNps最常用多元醇法,但该方法条件苛刻、操作繁琐、耗时耗能,发展常温下简单高效的新型绿色方法合成RhNps很有必要。本论文采用光还原法从模拟高... 

【文章页数】：131 页

【学位级别】：博士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景
        1.1.1 中国的核电发展
        1.1.2 铀资源的分布和供需现状
        1.1.3 核燃料循环
        1.1.4 乏燃料后处理
        1.1.5 高放废液
        1.1.6 高放废液玻璃固化
    1.2 铂族金属元素简介
        1.2.1 PGMs的理化性质和资源分布
        1.2.2 高放废液中的裂变“假铂”
    1.3 PGMs的回收方法
        1.3.1 高放废液中Pd、Rh、Ru同位素的特点
        1.3.2 溶剂萃取法
        1.3.3 离子交换和吸附法
        1.3.4 电化学还原法
        1.3.5 氧化法
        1.3.6 沉淀法
        1.3.7 化学还原法
        1.3.8 常规方法回收PGMs的局限性
    1.4 光还原法回收PGMs
        1.4.1 金属离子的光还原
        1.4.2 光还原法分离回收PGMs
    1.5 铂族金属纳米材料
        1.5.1 纳米材料
        1.5.2 铂族金属纳米材料简介
        1.5.3 纳米铑的催化性能及应用
        1.5.4 纳米铑的合成方法
    1.6 本论文的选题背景和主要研究内容
第2章 液相中单一铂族金属的光还原
    2.1 引言
    2.2 实验部分
        2.2.1 化学试剂
        2.2.2 光化学相关实验仪器
        2.2.3 光还原实验方法
        2.2.4 测试与表征
    2.3 液相中Pd (Ⅱ)的光还原
        2.3.1 光源照射波长对Pd(Ⅱ)光还原的影响
        2.3.2 还原剂对Pd(Ⅱ)光还原的影响
        2.3.3 Cl~-对Pd(Ⅱ)光还原的影响
        2.3.4 pH对Pd(Ⅱ)光还原的影响
        2.3.5 Pd(Ⅱ)光还原产物的TEM,XRD和XPS表征
    2.4 液相中Rh(Ⅲ)的光还原
        2.4.1 铑(Ⅲ)氯水配合物的UV-vis光谱
        2.4.2 光源照射波长对Rh(Ⅲ)光还原的影响
        2.4.3 还原剂对Rh(Ⅲ)光还原的影响
        2.4.4 Cl~-对Rh(Ⅲ)光还原的影响
        2.4.5 pH对Rh(Ⅲ)光还原的影响
        2.4.6 Rh(Ⅲ)光还原产物的TEM,XRD和XPS表征
    2.5 液相中Ru(Ⅲ)的光还原
        2.5.1 光源照射波长对Ru(Ⅲ)光还原的影响
        2.5.2 还原剂对Ru(Ⅲ)光还原的影响
        2.5.3 Cl~-对Ru(Ⅲ)光还原的影响
        2.5.4 pH对Ru(Ⅲ)光还原的影响
        2.5.5 Ru(Ⅲ)光还原产物的TEM,XRD和XPS表征
    2.6 Pd(Ⅱ)、Rh(Ⅲ)、Ru(Ⅲ)光还原的反应机理
    2.7 本章小结
第3章 液相中铂族金属元素的光还原分离
    3.1 引言
    3.2 实验部分
        3.2.1 化学试剂
        3.2.2 光化学相关实验仪器
        3.2.3 光还原分离实验方法
        3.2.4 测试与表征
    3.3 Pd(Ⅱ)/Nd(Ⅲ)、Rh(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)、Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.3.1 Pd (Ⅱ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.3.2 Rh(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.3.3 Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
    3.4 Pd(Ⅱ)/Ru(Ⅲ)、Pd(Ⅱ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.4.1 Pd(Ⅱ)/Ru(Ⅲ)的光还原分离
        3.4.2 Pd(Ⅱ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
    3.5 Pd(Ⅱ)/Rh(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)、Rh(Ⅲ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.5.1 Pd(Ⅱ)/Rh(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.5.2 Rh(Ⅲ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
    3.6 Pd(Ⅱ)/Rh(Ⅲ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原分离
        3.6.1 Pd(Ⅱ)/Rh(Ⅲ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原共分离
        3.6.2 Pd(Ⅱ)/Rh(Ⅱ)/Ru(Ⅲ)/Nd(Ⅲ)的光还原顺序分离
    3.7 本章小结
第4章 常温碱性乙醇溶液中Rh纳米材料的合成
    4.1 引言
    4.2 实验部分
        4.2.1 化学试剂
        4.2.2 RhNps、Rh/C和AuRh合金纳米材料的合成
        4.2.3 测试与表征
        4.2.4 Rh/C电催化氧化乙醇
    4.3 RhNps的合成与表征
        4.3.1 RhNps合成过程的UV-vis光谱
        4.3.2 RhNps的表征
        4.3.3 中间光谱和中间产物
        4.3.4 O_2对反应的影响
    4.4 动力学和反应机理研究
        4.4.1 PVP对反应的影响
        4.4.2 OH~-对反应的影响
        4.4.3 乙醇浓度对反应的影响
        4.4.4 醇种类对反应的影响
    4.5 Rh/C电催化氧化乙醇的性能
        4.5.1 Rh/C在碱性介质中电催化氧化乙醇的性能
        4.5.2 Rh/C在酸性介质中电催化氧化乙醇的性能
    4.6 AuRh纳米合金的合成
        4.6.1 常温碱性乙醇溶液中AuNps的合成
        4.6.2 常温碱性乙醇溶液中AuRh纳米合金的合成
    4.7 本章小结
第5章 铂族金属元素的脉冲辐解研究
    5.1 引言
        5.1.1 脉冲辐解技术的发展
        5.1.2 脉冲辐解装置简介
    5.2 实验部分
        5.2.1 化学试剂
        5.2.2 脉冲辐解实验装置
        5.2.3 脉冲辐解实验方法
    5.3 结果与讨论
        5.3.1 Pd(Ⅱ)的脉冲辐解研究
        5.3.2 Rh(Ⅲ)的脉冲辐解研究
    5.4 本章小结
第6章 总结与展望
参考文献
致谢
在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果


【参考文献】：
期刊论文
[1]中国铀矿资源安全分析[J]. 唐超,邵龙义,邢万里.  中国矿业. 2017(05)
[2]中国主要铂族金属供需预测及对策建议[J]. 李鹏远,周平,齐亚彬,唐金荣,张寿庭.  地质通报. 2017(04)
[3]高放废液固化处理技术研究新进展[J]. 吴浪.  科技创新导报. 2016(05)
[4]后处理中锕系元素和贵金属元素光化学调价方法[J]. 李富海,丁作铭,林铭章,何辉,叶国安.  核化学与放射化学. 2016(02)
[5]我国核燃料后处理技术的现状与发展[J]. 叶国安,蒋云清.  中国核工业. 2015(12)
[6]快中子增殖反应堆燃料元件包壳材料的晶界工程技术应用展望[J]. 夏爽,周邦新.  上海大学学报(自然科学版). 2015(02)
[7]铂族元素分析中的分离富集方法研究[J]. 邵敏,姚仲伟.  西部资源. 2015(02)
[8]一种特殊的铂族金属潜在资源—核废料中的“裂变假铂-FPs”[J]. 刘时杰.  贵金属. 2013(04)
[9]中国的铂族金属二次资源及其回收产业化实践[J]. 贺小塘,郭俊梅,王欢,李勇,吴喜龙,赵雨,韩守礼,李锟,谭文进,刘文.  贵金属. 2013(02)
[10]甲基肼水溶液的脉冲辐解研究[J]. 陈辉,何辉,叶国安,付海英,吴国忠.  核化学与放射化学. 2011(05)

博士论文
[1]铂族贵金属纳米材料的制备及其催化性能研究[D]. 叶伟.山东大学 2015
[2]中国新能源发展研究[D]. 张海龙.吉林大学 2014

硕士论文
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[2]纳米贵金属核壳结构的制备及其催化性能研究[D]. 李宝珍.浙江理工大学 2017
[3]某乏燃料后处理厂高放废液贮存安全分析和技术研究[D]. 孙斌.南华大学 2012
[4]铂族金属及其氧化物纳米颗粒的水热合成与表征[D]. 任玉华.中南民族大学 2011



本文编号：3703785