多孔吡啶基树脂吸附分离锝及其辐照稳定性研究

发布时间：2020-06-07 23:23

【摘要】：~(99)Tc是反应堆裂变产生的具有较高裂变产额(6.12%)的一种长寿命(半衰期为2.13×10~5a)裂变产物之一。由于其在环境中具有很强的迁移性,从而造成长期潜在放射性危害。因此为了避免99Tc对人类环境造成危害,对其采取分离是非常有必要的。本文通过悬浮聚合和季铵化过程分别合成多孔弱碱性吡啶基阴离子交换树脂(4VP-DVB)和强碱性吡啶基阴离子交换树脂(4VP-DVBQ)。由于铼与锝处于同一族具有相似的化学性质,因此首先用铼模拟锝考察树脂吸附性能。通过静态吸附实验考察了硝酸浓度对树脂吸附的影响,以及吸附热力学和吸附动力学,结果表明4VP-DVB树脂在0.1 mol/L HNO_3中30 min可以达到吸附平衡并且吸附容量高达352.1mg/g,同等条件下4VP-DVBQ树脂的吸附量为297.6 mg/g。动态吸附实验表明4VP-DVB树脂经过四次反复吸附解吸其再生率仍然有92%以上,1 mol/L的氨水对铼的解吸率可达到95%以上,浓缩比在10倍以上。通过利用模拟核素铼进行冷实验,在明确了树脂类型--吸附、解吸条件--吸附、解吸效果对应关系的基础上,利用上述吸附铼的最佳实验条件开展了树脂对99Tc吸附热实验研究。着重考察了酸度对吸附效率的影响以及吸附动力学,实验结果与树脂对铼的吸附吻合,说明用铼模拟锝的可行性。此外,进一步动态柱分离实验表明,4VP-DVB树脂能很好的实现铀锝分离。离子交换树脂在进行放射性废液分离过程中会受到辐照并发生分解。而辐解产物与树脂自身的结构、辐照类型和所处的介质环境有关。本文选取4VP-DVB和4VP-DVBQ两种树脂,重点考察不同吸收剂量下它们在空气,水,盐酸和硝酸中的γ辐照稳定性。对于辐解气相产物,重点考察了氢气,二氧化碳,一氧化碳和甲烷生成量与吸收剂量和辐照条件的关系,对于辐解液相产物,主要考察了总有机碳(TOC)和NH_4~+生成量与辐照因素的对应关系。进一步评价了辐照后树脂对Tc的吸附性能。结果表明4VP-DVB树脂在盐酸中辐照稳定性高,而4VP-DVBQ树脂在硝酸中的辐照稳定性高。通过吸附性能和辐照稳定性的研究为两种类型树脂为实际应用做了实验准备。
【图文】：

时间曲线,放射毒性,乏燃料,裂变产物

图 1- 1 乏燃料中裂变产物相对放射毒性-时间曲线[5]Fig. 1- 1 Relative radiotoxic inventory of spent fuel“核燃料闭式循环”模式是通过提取乏燃料中 U 和 Pu 并制造成铀钚混合氧化物燃料（ Mixed Oxide Fuel， MOX 燃料），然后再次使用以充分利用铀资源。目前来说在闭式循环中比较成熟的是水法的 PUREX（ Plutonium UraniumRecovery by Extraction）后处理流程（如图 1- 2 所示），是成熟的工业化的乏燃料后处理技术。利用 PUREX 流程能够回收 99.5%的铀和钚，而高放废液（HLW）经玻璃固化后可以进行地质储存，但是一些长半衰期的裂变产物通常需要经过几十万年或上百万年其放射性危害才能消失[6]。“先进乏燃料处理技术”是在闭式循环的整体上进一步完善，，主要是将高放废液中放射性毒性大的裂变产物进一步分离，然后利用核反应转变为稳定核素或者短寿命放射性核素，从而减少其放射性危害，另一方面这种核反应产生的能量也可以能够利用，从而进一步提高废物利用率。“先进乏燃料处理技术”有效地结合了热堆燃料循环与快堆或加速器驱动系统其不仅能够提高铀资源的利用率，而

流程图,流程,酸根

图 1- 2 PUREX 流程Fig. 1- 2 The PUREX process1.3 锝的性质及分离意义锝的原子序数为 43，属于Ⅶ B 族。锝有 21 种放射性同位素和 8 种同质异能素。这些同位素从90Tc 到111Tc，半衰期从 0.3 s 到 4.2 106a。锝的电子结构是[Kr]4d55s2，与锰和铼属于同一副族并夹在两者之间，性质与之相似。七个外层电子使它们的化学价从 0 价到+7 价[8, 9]。99Tc 是裂变反应堆运行中产生的一种裂变产物，具有较高裂变产额（6.13%）、长寿命（T1/2=2.13×105a[10]），比活度为 6.3×108Bq/g。在使用普雷克斯流程对乏燃料进行后处理回收铀钚过程中，锝以高锝酸根的形式与其他元素一起进入高放废液。高锝酸根在环境中具有很强的迁移性，加之很长的半衰期，因此在乏燃料后处理过程中把99Tc 分离出来有重大意义。另外，金属锝在低温下可以制备成超导体[11]，高锝酸根可以提高钢的抗蚀性能[12]。因而
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL41

【参考文献】