[發明專利]一種基于協同效應分離三價錒系與鑭系離子的方法

有效

• 申請號: 201711193359.5
• 申請日: 2017-11-24
• 公開（公告）號: CN107958717B
• 公開（公告）日: 2019-12-10
• 發明（設計）人: 徐超;孫濤祥;陳靖
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G21F9/06
• 分類號: G21F9/06;G21F9/12
• 代理公司: 61215 西安智大知識產權代理事務所
• 代理人: 段俊濤

一種基于協同效應分離三價錒系與鑭系離子的方法，采用脂溶性二硫代次膦酸為萃取劑，并經稀釋劑稀釋形成有機相，與水相發生萃取反應，水相為添加有水溶性有機弱酸絡合劑的含有三價鑭系和錒系離子的酸性水溶液，通過萃取劑?絡合劑協同效應，萃取分離三價鑭系和錒系離子；有機相和水相的體積比為0.2?2；酸性水溶液pH值為2?4；本發明不僅分離性能好，且穩定性佳，操作簡便。

技術領域

本發明屬于核燃料循環及放射性廢液處理技術領域，具體涉及一種基于協同效應分離三價錒系與鑭系離子的方法。

背景技術

核燃料循環過程中會產生大量的放射性廢物。目前，無論是發展核武器還是民用核能應用過程中都遺留下了大量的高放廢液，妥善解決其處理處置問題已迫在眉睫。

“分離-嬗變”法是一種處理高放廢液的先進策略，即采用化學分離法從高放廢液中把所占比例很小但毒性很大的錒系元素選擇性地分離出來，通過加速器或反應堆將其轉變為穩定或短壽命核素，而殘余的廢液變成非α廢物，從而降低高放廢物的長期毒性，便于進一步進行處理和處置。三價錒系與三價鑭系元素的有效分離是實現“分離-嬗變”先進核燃料循環的關鍵環節之一。然而，由于三價錒系與三價鑭系元素的物理化學性質極為接近，其有效分離一直是分離領域的一大難題。

國內外學者通過研究發現，在溶劑萃取過程中，含S、N等軟配體的萃取劑表現出對三價錒系和三價鑭系元素良好的分離性能。其中，含S的二硫代次膦酸化合物表現尤其出色。1995年，商業試劑Cyanex301(含二硫代次膦酸)被發現能夠從常量鑭系元素中有效分離三價錒系元素，隨后又發現其純化產品二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸對示蹤量和常量的鑭系元素中的示蹤量三價錒系元素都具有非常好的萃取分離效果，并提出了相應的分離工藝(ZhuY.J.etal,Radiochim.Acta,1995,68(2):95-98)。

在以上研究過程中，基于Cyanex301的三價鑭錒分離方法開發研究已有較多結果，并逐步建立了萃取分離流程。然而，目前對于其它種類二硫代次膦酸的研究相對較少。通過在二硫代次膦酸P原子上連接不同的取代基，可以得到多種不同結構的二硫代次膦酸，且其對三價鑭系錒系離子的分離有望表現出不同的適用性。

另外，在對二硫代次膦酸分離三價鑭錒的研究中，目前的研究均側重于有機相中二硫代次膦酸種態的調控(濃度、皂化度等)，而對于水相中三價鑭錒離子的種態調控關注不夠。

發明內容

為了克服上述現有技術的缺點，本發明的目的是提供一種基于協同效應分離三價錒系與鑭系離子的方法，不僅分離性能好，且穩定性佳，操作簡便。

為了達到上述目的，本發明采取的技術方案為：

一種基于協同效應分離三價錒系與鑭系離子的方法，包括以下步驟：采用脂溶性二硫代次膦酸為萃取劑，并經稀釋劑稀釋形成有機相，與水相發生萃取反應，水相為添加有水溶性有機弱酸絡合劑的含有三價鑭系和錒系離子的酸性水溶液，通過萃取劑-絡合劑協同效應，萃取分離三價鑭系和錒系離子。

所述的有機相和水相的體積比為0.2-2。

所述的脂溶性二硫代次膦酸萃取劑為含有兩個取代基的二硫代次膦酸，取代基包括戊基、己基、庚基、辛基、2,4,4-三甲基戊基、苯基、鄰三氟甲基苯基和環己基，兩個取代基相同或不同，脂溶性二硫代次膦酸為萃取劑在稀釋劑中的濃度為0.1～1mol/L。

所述的稀釋劑為甲苯、烷烴類有機化合物或烷烴的混合物。

所述的水溶性有機弱酸絡合劑包括甲酸、乙酸、乳酸、檸檬酸、丙二酸、蘋果酸、羥基乙酸、丙氨酸和甘氨酸，其在水相中的濃度為0.01～0.1mol/L。

所述的酸性水溶液pH值為2-4。

所述的錒系元素包括镅和鋦。