功能化介孔氧化硅對(duì)鈾的富集.pdf

1、處理核乏燃料的新理念是分離—嬗變，核化學(xué)的主要任務(wù)是將核裂變過(guò)程中產(chǎn)生的次量錒系元素(MA)從鑭系元素與包殼金屬元素中分離出來(lái)，進(jìn)而將MA混合在燃料棒中置于快中子堆中燃燒，實(shí)現(xiàn)核燃料的綠色循環(huán)。分離MA與鑭系元素是世界公認(rèn)的難題，因?yàn)殍|系元素和錒系元素是同族元素，化學(xué)性質(zhì)、離子半徑等性質(zhì)彼此相近。MA主要是Am和Cm，它們又以+3價(jià)態(tài)存在，與鑭系元素的穩(wěn)定價(jià)態(tài)相同，更增加了分離的難度。分離MA和鑭系元素是基于錒系元素相對(duì)于鑭系元素來(lái)說(shuō)是

2、軟的路易斯酸，因此使用含有較軟配位原子如N、P和S的配體可實(shí)現(xiàn)它們的分離。目前研究分離MA與鑭系元素主要是采用液—液萃取法，但相比而言，固相萃取具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
　　本研究的目的就是設(shè)計(jì)合成路線，以吡啶2,6-二甲酸為原料，經(jīng)過(guò)酰氯化反應(yīng)、取代反應(yīng)合成了吡啶-2,6-二甲酸甲酯，再進(jìn)過(guò)自由基反應(yīng)，在吡啶的4位上引入—CH2OH制得了4-羥甲基-吡啶-2,6-二甲酸甲酯，隨后經(jīng)過(guò)酰胺化反應(yīng)制得了4-羥甲基-吡啶-2,6-二甲酰胺，最

3、后經(jīng)過(guò)氧化反應(yīng)，合成了新型二酰胺吡啶配體4-甲酸吡啶-2,6-二甲酰(DCA)。制備了DCA功能化的介孔氧化硅SBA-15(DCA-SBA-15)，用X射線光電子能譜(XPS)對(duì)其孔結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析，結(jié)果表明孔被阻塞；用氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)測(cè)量了其比表面積，只有29m2/g；初步研究了它對(duì)U(VI)的吸附，在pH=6.0時(shí)，最大吸附量只有40mg/g，吸附效果遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于預(yù)期值。因此，選用其它有機(jī)配體合成功能化介孔氧化硅，并研究其對(duì)鈾的吸附。最

4、后，采用后嫁接法制備了磷酯和氨基雙功能化的介孔氧化硅(PA-SBA-15)，并研究了其對(duì)鈾的吸附行為。得到的介孔氧化硅通過(guò) SEM、XRD、固體13C核磁和氮?dú)馕?脫附實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了表征，表明得到PA-SBA-15具有規(guī)則的介孔結(jié)構(gòu)，均一的孔徑和大的比表面積。在不同的實(shí)驗(yàn)條件下，采用批量實(shí)驗(yàn)技術(shù)研究了PA-SBA-15對(duì)U(VI)的吸附行為。初步結(jié)果表明，PA-SBA-15對(duì)U(VI)的吸附是一個(gè)快過(guò)程，在1個(gè)小時(shí)之內(nèi)即可達(dá)到吸附平衡，并

5、且在pH=5.5溫度為95℃時(shí)，吸附量可達(dá)到373mg/g。吸附等溫線符合Langmuir等溫線模型，表明PA-SBA-15對(duì)U(VI)是單層均一的吸附。PA-SBA-15對(duì) U(VI)的吸附是pH依賴的，因?yàn)閜H不僅影響U(VI)在水溶液中的存在形式，而且影響吸附劑表面的電荷。吸附熱力學(xué)研究表明該吸附反應(yīng)是自發(fā)的，吸熱過(guò)程?；谶@些結(jié)果，PA-SBA-15可作為有前景的高效固相吸附劑用以去除廢水溶液中的U(VI)以及從濃度非常低的U(