《超親鈾螯合吸附材料的設計、製備與性能研究》是依託濟南大學，由孫國新擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：超親鈾螯合吸附材料的設計、製備與性能研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：孫國新
- 依託單位：濟南大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
我國中長期發展規劃將核能列為重點發展能源，而我國陸地鈾資源非常有限，海水提鈾被認為是未來支撐核能持續發展的重要途徑，因此研究高效、穩定、環保的超親鈾吸附材料至關重要。本項目擬運用理論分子模擬方法，通過設計雙環結構、鏈狀多齒、大環等系列配體，尤其是配位點位置與距離達優勢構象的螯合配體，製備系列對鈾醯離子具有超親和力的螯合劑。詳細研究螯合劑結構對萃取性能的影響，探討所製備螯合劑萃取鈾醯離子的熱力學和動力學，揭示超親鈾配體的構築規律。篩選出易於製備、性能優良的螯合劑，與鈾醯印跡離子、合適的功能單體進行自組裝排列，形成多重作用點，採用表面印跡技術製備超親鈾螯合吸附材料。詳細研究材料吸附與解吸的熱力學和動力學，探討對鈾醯離子識別的機理。本項目旨在揭示超親鈾螯合劑的設計規律，研製有套用前景的螯合吸附材料，為海水提鈾技術提供重要的理論依據和翔實的參考數據。
結題摘要
（一）根據CHON規則, 考慮取代基空間位阻效應、螯合效應以及雙配位基中間碳鏈長度等因素，篩選合成了15種對稱、不對稱新型單醯胺、雙醯胺。研究了不同結構萃取劑從不同介質中萃取U(VI)以及Ln(III)的性能。（1）單醯胺採用較小的烷基對萃取U(VI)影響不大, 採用甲基大大提高了不對稱雙醯胺萃取劑的萃取能力。丙二醯胺萃取能力優於丁二醯胺和單醯胺。（2）丙二醯胺具有很好的萃取U(VI)能力，相同條件下幾乎不萃取Ln(III)，因此可用於從硝酸介質中萃取分離U(VI)與Ln(III)，在乏燃料後處理領域有套用前景。 (二)運用分子模擬的方法，通過中間鏈段長短、取代基的電子效應和空間位阻對配位原子的配位能力和間距進行調控，製備14種3-氧戊二醯胺螯合劑。研究了從硝酸和鹽酸介質中萃取U(VI)以及共存離子的行為。（1）三齒配體比上述單、雙齒配體具有更好地萃取鈾醯的能力，但同時萃取Ln(III)且對重Ln(III)親和性好。（2）3-氧戊二醯胺烷基結構對萃取性能影響很大，甲基為取代基萃取能力大幅提高，支鏈化降低萃取性能。N取代基一個為甲基、另一個為長直鏈是優選的萃取劑結構。（3）該類萃取劑具有很強的從鹽酸介質中萃取鐵的能力，對銅、鎘等萃取能力較弱，在鐵的除雜方面有套用前景。（4）萃取劑的界面吸附平衡需要120S左右，萃取過程中界面張力的變化等結果對動力學研究很有意義。 （三）設計製備了四種新型螯合樹脂，發現硫代羧酸樹脂對Cu(II)有很好的吸附性能和選擇性；EDTA改性樹脂對Cd(II)有較好的選擇性。3-氧戊二醯胺改性樹脂對U(VI)有很好的吸附能力，在模擬海水條件下萃取率95%。 （四）基於多配位點概念以及協同萃取原理設計合成系列吸附劑，其中2-(雙二丁基氨基甲醯甲胺)-N,N-二丁基乙醯胺，顯示出良好的鈾醯離子吸附性能以及高選擇性，模擬海水條件下幾乎可以完全萃取鈾醯離子而不受鈣、鎂等離子的干擾。該化合物結構穩定，環境友好，是一種優良的鈾醯吸附材料。 （五）控制配位基構象設計合成了7種具有預組織構象的取代雙環二酮螯合劑4,8-二烯丙基-3,9-二氮二環[4.4.0]癸烷-2,10-二酮等。第一種萃取劑是最合適構象的萃取劑，但合成相當困難，目前打通了合成路線，樣品純化、萃取性能有待於進一步研究。其餘6種萃取劑的萃取能力不強，未達到預期效果。
