《離子液體介質中鈾醯離子的存在狀態及絡合特性研究》是依託清華大學，由徐超擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：離子液體介質中鈾醯離子的存在狀態及絡合特性研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：徐超
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
作為一種新型溶劑，離子液體在核燃料後處理溶劑萃取、乾法流程開發等方面的套用正逐漸成為研究的熱點。然而，在相關研究過程中，離子液體介質中金屬離子的基礎化學行為這一重要問題沒有得到足夠重視。本項目選取核燃料循環中的關鍵離子-鈾醯離子作為研究對象，以C2mimNTf2離子液體作為介質，採用Uv-vis、ATR-FTIR、EXAFS等多種光譜學手段，首次系統地對鈾醯離子在離子液體中的存在狀態及其與硝酸根等基本陰離子的絡合行為進行研究，鑑定絡合物種類，測定絡合常數及關鍵的熱力學參數。另外，還將通過選取不同的陰、陽離子組合，初步考察離子液體結構對鈾醯離子絡合行為的影響，建立簡單的結構-性能關係。最後，將探討離子液體中的水分子在鈾醯離子絡合時的作用。本項目的開展一方面將會增加我們對離子液體套用於核化學領域時各種特殊性能的理解，另一方面可以為未來核燃料循環中離子液體套用體系的設計開發提供依據和指導。
結題摘要
作為一種新型溶劑，離子液體在核燃料後處理溶劑萃取、乾法流程開發等方面的套用近年來廣受關注，也是目前國際研究的熱點。然而，在相關研究過程中，離子液體介質中金屬離子的基礎化學行為這一重要問題沒有得到足夠重視，尤其是其熱力學、動力學等基礎絡合性能。本項目選取核燃料循環中的關鍵離子-鈾醯離子作為研究對象，以離子液體作為介質，採用多種表征手段，系統地對鈾醯離子在離子液體中的存在狀態及其與硝酸根等基本陰離子的絡合行為進行了研究。鑑定了絡合物的種類，測定了部分絡合穩定常數及關鍵的熱力學參數。研究發現，鈾醯離子在CnmimNTf2型離子液體中具有較高的溶解度（＞100 mM），由紫外可見吸收光譜可知，溶解後的絡合狀態類似於在水溶液中的狀態，即其配位赤道面主要被離子液體中殘存的水分子占據。當加入硝酸根時，鈾醯離子的光譜發生明顯變化，出現了多個強烈的吸收峰，表明硝酸根與鈾醯離子逐漸發生絡合。通過對光譜滴定數據進行擬合，發現鈾醯離子和硝酸根形成了三種絡合物（1:1, 1:2, 1:3），同時獲得了每個絡合物的穩定常數（國際上鮮有報導）。進一步，採用微量量熱滴定方法，測定了鈾醯離子和硝酸根絡合過程的熱效應（焓變），發現前兩級絡合物（1:1, 1:2）生成時，反應放熱，第三級絡合物（1:3）生成時，反應過程變為吸熱。本項目還利用EXAFS方法對鈾醯離子和各種不同配體在離子液體中的絡合進行了研究。結果表明，在所選擇的離子液體中，硝酸根、氯離子、溴離子等均與鈾醯離子形成了內層配合物：即鈾醯離子配位赤道面上的水分子或其它弱配體逐漸被所加入的配體原子取代。另外，藉助本項目創造的條件，還開展了關鍵錒系元素鈾、鎿、鈽與一些配體在水溶液中的絡合研究，獲得了絡合穩定常數、熱熵、熱焓等重要熱力學參數。本項目的完成具有以下幾方面意義：（1）增加了我們對鈾醯離子在離子液體中絡合行為的理解；（2）相關熱力學參數可以為未來核燃料循環中離子液體相關體系的設計開發提供依據和指導；（3）完善了離子液體體系金屬離子絡合研究的熱力學方法，積累了研究經驗，為後續更深入的研究奠定了基礎。
