锕系元素钍的固化和分离研究

发布时间：2020-06-02 17:05

【摘要】：大量矿物中均伴生有放射性的钍(Th)和铀(U),因此矿物开采生产过程中放射性污染物的去除净化尤为重要,同时核电站中潜在的核事故对于周边的生态环境以及人类都有一定的影响。锕系元素作为核能中的关键核素,开展其相关的基础配位化学研究对探究核乏燃料在自然环境或者极端环境中的稳定性,以及作为核废料化学储放形式的适用性均具有重要的理论指导意义和应用价值。本研究利用水热的方法,通过调节反应条件制备出一系列结构多变的碘酸盐以及亚硒酸盐化合物,对它们进行了X射线单晶衍射,吸收光谱,荧光光谱,SEM-EDS和X射线粉末衍射等表征,并研究了其结构的新颖性,酸碱稳定性或热力学稳定性等,具体研究内容如下:1)通过调节反应的温度,利用水热的方法成功制备了一例具有新型二维层状结构的碘酸钍氯化物晶体(ThIOCl)。结构分析表明该晶体是稀有的无机阳离子骨架材料,晶体材料中每6个Th~(Ⅳ)通过μ_3-oxo和μ_3-hydroxo共同连接成六核钍簇,这些钍簇又通过IO_3~-桥联形成阳离子层状结构,层间为规律分布的氯离子。另外,这种化合物的热稳定性以及酸碱稳定性都很好。由于结构中每个氯离子周围都存在弱氢键作用以及卤素原子相互作用,将层间的氯离子牢牢锁在层与层之间,因此材料的稳定性很高,无法将层间的氯离子交换出来,是一例由很强的卤键所构筑的新型锕系元素固化材料。2)通过调节亚硒酸盐起始反应的用量,利用传统水热的方法制备了五个配位环境完全不同的三维构型镧系亚硒酸盐结构,以及一例亚硒酸钍的化合物,发现不同镧系元素分别形成了五种结构。在此基础上,进行了三四价镧系、锕系元素之间的结晶分离,并且通过模拟三大稀土矿之一的独居石中稀土元素以及钍元素的成分比例,进行了多元结晶分离的研究。结果表明三价的镧系元素与四价锕系元素钍同时存在时,固相结晶产物是四价锕系镧系亚硒酸盐化合物,三价镧系元素以离子形式存在于溶液相。由于存在亚硒酸盐导致反应体系变成强氧化性,降低了四价铈的氧化电势,使三价铈轻易氧化成四价铈,并与四价钍同时固溶结晶,而其余三价稀土元素则以离子形式存在于溶液相,可以实现三四价之间,多元镧系锕系元素的组分离。
【图文】：

框架结构,锕系元素,原子价,氧化态

锕系元素锥。四价锕系元素中四价钍和四价铀是被研究最多到镅都倾向于形成锕酰结构（即 AnO2+和 AnO22锕酰轴垂直方向成键，形成四角、五角、六角双锥体之间通过共点、共边相连，或者桥连配体从而形的晶体框架结构。四价的钍元素配位环境以及配位配位数有 5 到 12 配位，通常的配位数是 7、8、9以及一例 12 配位的钍的化合物 (Figure 1.3)[21]。性较强，因而常用化学性质相似的镧系元素作为替

框架结构,铀酰,配位多面体,化合物

的晶体框架结构。四价的钍元素配位环境以及配位数范围的配位数有 5 到 12 配位，通常的配位数是 7、8、9、10子以及一例 12 配位的钍的化合物 (Figure 1.3)[21]。由于超性较强，因而常用化学性质相似的镧系元素作为替代物来图 1.1. 锕系元素氧化态（最稳定的原子价态）[20]ssible oxidation states of actinides (the most stable valence in
【学位授予单位】：苏州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O614.42

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