几种含氮配体对镅和铕离子的萃取分离研究
发布时间：2021-03-23 12:22
核能的持续发展不仅在于铀燃料资源的充分利用,更重要的是避免对人类耐以生存的自然环境造成影响。“一次通过”的传统模式不具有绿色经济性,而分离--嬗变策略的提出,则可将乏燃料中的高毒性长寿命放射性核素转化中低放废物,同时又能使其中大量的238U增殖发电,是目前先进闭式核燃料循环的首选。然而,为提高中子经济性,增大嬗变效率,首先必须剔除中子毒物,将最主要的次锕系元素与大量的镧系元素分离。其中,最具代表性的三价镅和铕离子,具有相近的半径和极其相似的化学性质,是分离步骤中的关键环节和难点问题。针对高放废液中镧锕元素的溶剂萃取研究现状,本工作选择从CHON原则出发,开展了几种经典含氮配体对Am（Ⅲ）和Eu（Ⅲ）的萃取分离研究,从萃取条件、配位机理和理论分析等多方面,探索了分子结构对分离性能的影响,具体包括以下内容:首先,设计合成了两种同时含有软硬N、O原子的二吡啶酰胺配体bpb和bpp,对比考察了不同酸度与配体浓度下对Am（Ⅲ）和Eu（Ⅲ）的萃取分离效果。根据红外光谱、紫外滴定和配合物高分辨质谱,发现刚性结构的bpp分子在低酸度下的对二者分离性能较好,pH为5.0时SF（Am...
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
U-Pu核燃料循环中主要嬗变路线图
生学位论文 几种含氮配体对镅和铕离子的萃取分离研究5图1.3 乏燃料后处理的基本工艺流程路线其中，高温干法后处理技术的辐照耐受性较好，且具有较低的临界风险，排放的废物量少等众多优点，常用于高燃耗和短冷却期乏燃料的处理[23-24]。最具有代表性的四种干法处理技术分别为挥发分离法、电解精炼法、金属还原萃取法和沉淀分离法[25]。尽管它们的化学原理都已经被证明是可行的，甚至完成了一定规模的模拟热实验[26]。但由于这种技术存在乏燃料难转化，操作温度高，材料在高腐蚀介质中被严重腐蚀，批次处理效率低以及废物管理困难等缺点，因此在工业应用中受到极大的限制[27]。传统的湿法分离虽然也存在材料和废物的各种相关问题，但就 U 和 Pu 的回收来说，已经完全实现了商业化。通用的 PUREX 工艺流程以磷酸三丁酯（TBP）为萃取剂
化的 DMDOHEMA（图 1.5a）作为萃取剂，应用于 DIAMEX 流程，热室实验中，对 MAs 的反萃率分别为 Am > 99.7%，Cm > 99.9%。图1.5 配体DMDOHEMA(a)、酰胺荚醚(b)和吡啶酰胺(c)的化学结构如果将丙二酰胺中间引入一个夹醚氧原子，则骨架变为酰胺荚醚类配体的 3-氧-戊二酰胺（DGA，图 1.5b），可对金属离子键合成三齿配合物。由于也是氧原子的硬配位过程发挥作用，所以 DGA 对镧锕元素的分离效果不好，主要以共萃作为实际应用方向。根据文献[63-64]报道，N 原子上的烷基链的长短直接决定 DGA类配体的溶解性，链越短则在常规稀释剂中的溶解性越差，乙烷和丙烷的衍生物则完全是水溶性。正辛烷取代的 TODGA 是目前研究最多、最有应用潜力的酰胺荚醚萃取剂[65-70]
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体中Ln（Ⅲ）/TBP的配位反应研究[J]. 李瑞瑞,田国新,蒋冬梅,袁小兰,夏良树,何辉. 原子能科学技术. 2017(03)
[2]高放废液中锕系离子分离研究进展 Ⅰ.双酰胺荚醚与锕系离子的配位化学[J]. 田国新. 核化学与放射化学. 2015(05)
[3]乏燃料后处理湿法工艺技术基础研究发展现状[J]. 张生栋,严叔衡. 核化学与放射化学. 2015(05)
[4]A polyazamacrocycle extractant for the extraction of americium and europium[J]. Dengfang Pan,Cai Jia,Xihong He,Gang Ye,Jing Chen. Science China（Chemistry）. 2015(06)
[5]Design criteria for tetradentate phenanthroline-derived heterocyclic ligands to separate Am（Ⅲ） from Eu（Ⅲ）[J]. XIAO ChengLiang,WU QunYan,WANG CongZhi,ZHAO YuLiang,CHAI ZhiFang,SHI WeiQun. Science China（Chemistry）. 2014(11)
[6]双二苷酰胺从硝酸溶液中萃取Eu（Ⅲ）和Am（Ⅲ）[J]. 黄松,丁颂东,金永东,马利建,夏传琴,李首建,吴宇轩,黄璜. 高等学校化学学报. 2014(07)
[7]电离辐射生物学效应研究综述[J]. 马水英,石莎,银爱君. 北方环境. 2012(06)
[8]含氮杂环化合物萃取分离三价锕系与镧系元素[J]. 盘登芳,叶钢,王芳,陈靖. 化学进展. 2012(11)
[9]用于次锕系元素萃取分离的萃取剂研究进展[J]. 薛文静,张安运,柴之芳. 中国科技论文. 2012(09)
[10]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
博士论文
[1]酰胺类萃取剂和氮杂冠醚对U（Ⅵ），Th（Ⅳ）和Sr（Ⅱ）的萃取性能研究[D]. 胡佩卓.兰州大学 2013
硕士论文
[1]含氮萃取剂分离锕系和镧系元素的理论研究[D]. 吴晗.东华理工大学 2016
[2]Isobutyl-BTP/Isohexyl-BTP在咪唑类疏水性离子液体中对镧系元素的萃取[D]. 马国龙.上海交通大学 2015
[3]软配体化合物2，6-（5，6-二壬基-1，2，4-三嗪-3-基）吡啶的合成、表征及基础特性研究[D]. 朱娅萍.浙江大学 2011
本文编号：3095785
【文章来源】：兰州大学甘肃省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：163 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
U-Pu核燃料循环中主要嬗变路线图
生学位论文 几种含氮配体对镅和铕离子的萃取分离研究5图1.3 乏燃料后处理的基本工艺流程路线其中，高温干法后处理技术的辐照耐受性较好，且具有较低的临界风险，排放的废物量少等众多优点，常用于高燃耗和短冷却期乏燃料的处理[23-24]。最具有代表性的四种干法处理技术分别为挥发分离法、电解精炼法、金属还原萃取法和沉淀分离法[25]。尽管它们的化学原理都已经被证明是可行的，甚至完成了一定规模的模拟热实验[26]。但由于这种技术存在乏燃料难转化，操作温度高，材料在高腐蚀介质中被严重腐蚀，批次处理效率低以及废物管理困难等缺点，因此在工业应用中受到极大的限制[27]。传统的湿法分离虽然也存在材料和废物的各种相关问题，但就 U 和 Pu 的回收来说，已经完全实现了商业化。通用的 PUREX 工艺流程以磷酸三丁酯（TBP）为萃取剂
化的 DMDOHEMA（图 1.5a）作为萃取剂，应用于 DIAMEX 流程，热室实验中，对 MAs 的反萃率分别为 Am > 99.7%，Cm > 99.9%。图1.5 配体DMDOHEMA(a)、酰胺荚醚(b)和吡啶酰胺(c)的化学结构如果将丙二酰胺中间引入一个夹醚氧原子，则骨架变为酰胺荚醚类配体的 3-氧-戊二酰胺（DGA，图 1.5b），可对金属离子键合成三齿配合物。由于也是氧原子的硬配位过程发挥作用，所以 DGA 对镧锕元素的分离效果不好，主要以共萃作为实际应用方向。根据文献[63-64]报道，N 原子上的烷基链的长短直接决定 DGA类配体的溶解性，链越短则在常规稀释剂中的溶解性越差，乙烷和丙烷的衍生物则完全是水溶性。正辛烷取代的 TODGA 是目前研究最多、最有应用潜力的酰胺荚醚萃取剂[65-70]
【参考文献】：
期刊论文
[1]离子液体中Ln（Ⅲ）/TBP的配位反应研究[J]. 李瑞瑞,田国新,蒋冬梅,袁小兰,夏良树,何辉. 原子能科学技术. 2017(03)
[2]高放废液中锕系离子分离研究进展 Ⅰ.双酰胺荚醚与锕系离子的配位化学[J]. 田国新. 核化学与放射化学. 2015(05)
[3]乏燃料后处理湿法工艺技术基础研究发展现状[J]. 张生栋,严叔衡. 核化学与放射化学. 2015(05)
[4]A polyazamacrocycle extractant for the extraction of americium and europium[J]. Dengfang Pan,Cai Jia,Xihong He,Gang Ye,Jing Chen. Science China（Chemistry）. 2015(06)
[5]Design criteria for tetradentate phenanthroline-derived heterocyclic ligands to separate Am（Ⅲ） from Eu（Ⅲ）[J]. XIAO ChengLiang,WU QunYan,WANG CongZhi,ZHAO YuLiang,CHAI ZhiFang,SHI WeiQun. Science China（Chemistry）. 2014(11)
[6]双二苷酰胺从硝酸溶液中萃取Eu（Ⅲ）和Am（Ⅲ）[J]. 黄松,丁颂东,金永东,马利建,夏传琴,李首建,吴宇轩,黄璜. 高等学校化学学报. 2014(07)
[7]电离辐射生物学效应研究综述[J]. 马水英,石莎,银爱君. 北方环境. 2012(06)
[8]含氮杂环化合物萃取分离三价锕系与镧系元素[J]. 盘登芳,叶钢,王芳,陈靖. 化学进展. 2012(11)
[9]用于次锕系元素萃取分离的萃取剂研究进展[J]. 薛文静,张安运,柴之芳. 中国科技论文. 2012(09)
[10]未来先进核裂变能——ADS嬗变系统[J]. 詹文龙,徐瑚珊. 中国科学院院刊. 2012(03)
博士论文
[1]酰胺类萃取剂和氮杂冠醚对U（Ⅵ），Th（Ⅳ）和Sr（Ⅱ）的萃取性能研究[D]. 胡佩卓.兰州大学 2013
硕士论文
[1]含氮萃取剂分离锕系和镧系元素的理论研究[D]. 吴晗.东华理工大学 2016
[2]Isobutyl-BTP/Isohexyl-BTP在咪唑类疏水性离子液体中对镧系元素的萃取[D]. 马国龙.上海交通大学 2015
[3]软配体化合物2，6-（5，6-二壬基-1，2，4-三嗪-3-基）吡啶的合成、表征及基础特性研究[D]. 朱娅萍.浙江大学 2011
本文编号：3095785
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