《使用BTPs類絡合劑高效分離次錒系核素的新方法研究》是依託上海交通大學，由韋悅周擔任項目負責人的重大研究計畫。
基本介紹
- 中文名：使用BTPs類絡合劑高效分離次錒系核素的新方法研究
- 項目類別：重大研究計畫
- 項目負責人：韋悅周
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
次錒系元素（MA=Am，Cm等）是乏燃料後處理產生的高放廢液（HLLW）中對人類環境具有長期潛在放射性危害的決定性核素。將它們從HLLW中分離並進行嬗變處理是根本的解決途徑。Am，Cm與鑭系元素的化學性質極為相似，相互分離非常困難，是MA分離技術的關鍵。本研究旨在探討利用以N為配位原子的新型BTPs類絡合劑（R-BTP，R-BTBP）的萃取色層技術以及溶劑萃取技術分離次錒系核素的新原理和新方法。首先設計合成對Am，Cm具有高選擇性、耐酸和耐輻照性良好的BTPs類絡合劑；一是將其製成固體吸附劑，通過萃取色層技術進行分離；二是將其溶解於離子液體，通過溶劑萃取技術進行分離。分別就兩種技術體系，對MA與共存元素的分離性能和化學穩定性進行實驗評價，並利用EXAFS和量子化學計算探究反應機理，最佳化BTPs的分子結構和分離體系，以建立高效分離MA的先進技術，為分離-嬗變提供可靠的科學依據和技術基礎。
結題摘要
次錒系元素是HLLW中對環境具有長期潛在放射性危害的決定性核素。本研究旨在探討利用以N 為配位原子的新型BTPs 類絡合劑（R-BTP，R-BTBP）的萃取色層技術以及溶劑離子液體萃取技術分離次錒系核素的新原理和新方法，並探究了其分離反應機理，為分離-嬗變提供技術基礎。 在萃取色層分離方法研究中，合成了多種BTPs類絡合劑，包括isoButyl-BTP、isoHexyl-BTP、isoPentyl-BTBP、CA-BTP、CyHeptyl-BTP和Me2-CA-BTP等，並製備了多孔矽基吸附劑BTPs/SiO2-P。吸附劑在一定的硝酸濃度範圍對Am(III)具有高度的吸附選擇性，並具有一定的耐硝酸和耐γ射線輻照穩定性。吸附反應符合準二級動力學模型和Langmuir吸附模型，是自發進行的、熵驅動的吸熱反應。利用EXAFS解析了隨著Ln(III)原子序數的增加，配位鍵Ln(III)-N有效鍵長逐漸減小，從理論上解釋了isoHex-BTP/SiO2-P對Ln(III)原子序數的增加，而吸附能力逐漸增強的實驗結果。動態色譜柱分離實驗中，Am(III)可以從HLLW共存離子中有效地分離出來。 在BTPs/離子液體體系萃取分離MA研究中，表明離子液體體系isoBu-BTP/[Cnmim][NTf2]在低濃度硝酸溶液中對Am(III)和Eu(III)具有較好的吸附選擇性。 以BTP/SiO2-P吸附劑為基礎的萃取色層法和以BTP/離子液體體系為基礎的液-液萃取方法形成優勢互補，擴展了BTP類絡合劑在次錒系核素分離中的套用潛力。 在理論研究方面，採用相對論量子化學方法，詳細地研究了次錒系和鑭系元素的配位化學性質，尋找配合物中5f和6d電子的成鍵規律；結合實驗研究結果，考察BTP、 BTPhen等配體對次錒系元素和鑭系元素的萃取能力差異，為實驗設計鑭錒分離配體提供理論依據。 通過該研究，首次提出採用氟化鈾揮發法與色譜分離技術相結合的先進乏燃料後處理流程：首先將乏燃料通過機械或熱處理方法剝離包殼後，進行高溫氟化處理，利用UF6的高揮發性分離回收90%以上的鈾；然後採用新型多孔性矽基吸附劑的色譜分離工藝（濕法）系統地分離回收殘留乏燃料的硝酸溶解液中所有錒系及各種關鍵裂變產物核素。
