TODGA在離子液體中對(duì)釷、鈾的萃取分離.pdf

1、隨著核電的快速發(fā)展，一方面如何處理隨之產(chǎn)生的大量乏燃料，減少其對(duì)人類和環(huán)境的危害成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。另一方面，由于地球上有限的鈾資源，無法滿足核能的可持續(xù)發(fā)展的需求，因此必須走閉式核燃料循環(huán)路線，回收利用乏燃料中的鈾；此外，天然釷只有一種同位素232Th，是一種可轉(zhuǎn)換材料，其儲(chǔ)量是鈾儲(chǔ)量的3倍多。232Th可以通過中子俘獲和β衰變等核反應(yīng)，生成易裂變的233 U。生成的233 U可以參與裂變，可以有效地緩解鈾資源的不足。本課題將探索利用

2、TODGA/離子液體體系實(shí)現(xiàn)釷、鈾分離的可行性。
　　本論文選擇了對(duì)鑭系、錒系元素具有良好萃取效果的二酰胺莢醚類“綠色”萃取劑TODGA為萃取劑，以疏水性的咪唑類離子液體[C2mim][NTf2]為稀釋劑，組成的新的“綠色”萃取體系。利用該體系對(duì)硝酸水溶液體系中釷、鈾的萃取行為進(jìn)行研究。詳細(xì)的考察了在TODGA/離子液體體系中，接觸時(shí)間、硝酸濃度、被萃的離子濃度、TODGA濃度、溫度對(duì)該體系萃取性能的影響，并探究了該體系在硝酸溶液

3、中萃取釷、鈾的萃取機(jī)理以及萃取分離二者的可行性。本文一共分為五章，每章的主要內(nèi)容與結(jié)論概述如下：
　　第一章首先介紹了核電發(fā)展的現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)核電的可持續(xù)發(fā)展離不開乏燃料后處理。然后介紹了乏燃料后處理的現(xiàn)狀及當(dāng)前世界各國認(rèn)為的唯一的、實(shí)用的基于PUREX流程的有機(jī)溶劑萃取技術(shù)的水法流程的優(yōu)缺點(diǎn)。接著介紹了新型溶劑離子液體的概念、獨(dú)特的性質(zhì)，作為稀釋劑在乏燃料后處理相關(guān)領(lǐng)域的代表性的研究成果及其相關(guān)的輻射效應(yīng)的研究。緊接著介紹了溶劑萃取

4、的第一要素萃取劑的研究現(xiàn)狀，尤其是對(duì)莢醚類二酰胺的萃取分離鑭系、錒系元素的機(jī)理進(jìn)行詳細(xì)的研究；并介紹了TODGA作為萃取劑萃取金屬元素尤其是鑭系、錒系元素的研究成果。引出了本文的主要研究內(nèi)容。
　　第二章研究了TODGA/離子液體對(duì)釷在硝酸溶液中的萃取行為，詳細(xì)考察了接觸時(shí)間、硝酸濃度、Th4+濃度、TODGA濃度、溫度對(duì)TODGA/離子液體體系萃取性能的影響。作為對(duì)比，我們還考察了TODGA在傳統(tǒng)有機(jī)溶劑異辛烷中對(duì)Th4+的萃取

5、。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，TODGA/離子液體體系對(duì) Th4+的萃取反應(yīng)是吸熱反應(yīng)，而且在50℃實(shí)驗(yàn)溫度下，能在5min內(nèi)達(dá)到萃取平衡。萃取體系隨著酸度對(duì)Th4+的萃取性能先降后增大；Th4+濃度的增大，TODGA濃度的降低，對(duì)Th4+的萃取性能下降。TODGA在離子液體萃取體系中比在有機(jī)體系中有更好的Th4+萃取效果，特別是在低硝酸濃度條件下。通過萃取機(jī)理研究，推測出在低硝酸濃度下萃取反應(yīng)是離子交換且TODGA與Th4+配比為2:1，在高硝酸濃度下

6、萃取是中性絡(luò)合。
　　第三章研究了TODGA/離子液體對(duì)鈾在硝酸溶液中的萃取行為，詳細(xì)考察了接觸時(shí)間、硝酸濃度、UO22+濃度、TODGA濃度、溫度對(duì)TODGA/[C2mim][NTf2]體系萃取性能的影響。作為對(duì)比，我們還考察了TODGA在傳統(tǒng)有機(jī)溶劑異辛烷中對(duì)UO22+的萃取。結(jié)果表明：TODGA/[C2mim][NTf2]體系對(duì) UO22+的萃取是吸熱反應(yīng)，且在50℃下，能在5min內(nèi)達(dá)到平衡。萃取體系隨著酸度對(duì)UO22+的

7、萃取性能不斷地下降；UO22+濃度的增大，TODGA濃度的降低，對(duì)UO22+的萃取性能下降。TODGA在離子液體萃取體系中比在有機(jī)體系中有更好的UO22+萃取效果。通過萃取機(jī)理研究，推測出在離子液體體系中萃取反應(yīng)機(jī)理是離子交換而在異辛烷體系中的萃取機(jī)理是中性配合。
　　第四章主要考察了TODGA/[C2mim][NTf2]萃取體系和TODGA/Isooctane萃取體系對(duì)釷、鈾的萃取分離情況，并對(duì)兩種萃取體系進(jìn)行詳細(xì)的對(duì)比。發(fā)現(xiàn)在