超临界水氧化处理核电站废阴离子交换树脂研究

在间歇式超临界水氧化(SCWO)设备中,对粉碎处理后的阴离子交换树脂水悬浮液在超临界条件下进行了氧化降解处理。实验研究了反应温度、反应压力、反应时间、过氧系数对COD去除率的影响,同时考察了催化剂种类、反应压力和反应温度对氨氮去除率的影响。通过正交试验,得到主要因素对处理效果影响的显著程度排序为:反应温度>反应压力>反应时间>过氧系数。结果表明:在反应温度540 ℃、反应压力26 MPa、反应时间8 min、过氧系数3的条件下,COD去除率为99.65%。针对阴离子树脂中NH₃-N含量高难以去除的问题,选用不同的催化剂CuSO₄、MnO₂、CeO₂添加到反应体系中,结果表明对NH₃-N的氧化效果顺序为CuSO₄>CeO₂>MnO₂,对NH₃-N的最高降解率达到96.53%。     

Np在Np-水-膨润土平衡体系中的形态及价态分布

采用批式法和溶剂萃取法,研究了Np在Np-水-膨润土平衡体系中的形态及价态分布以及pH值对形态及价态分布的影响。结果表明：在Np-水-膨润土平衡体系中,水相中的Np全部为Np(Ⅴ),固相中的Np为Np（Ⅳ）、Np(Ⅴ);pH=8~9时,随着pH值的升高,固相中Np的比例升高,pH＞9时,固相中Np的比例降低;随着CO^2-₃浓度的升高,固相中Np的比例降低。PHREEQCI计算结果表明：pH＜9时,Np在水相中的主要形态为NpO⁺₂,pH＞9时NpO₂OH逐渐成为Np在水相中的主要形态;在高CO^2-₃浓度条件下,NpO₂（CO₃）^3-₂、NpO₂（CO₃）^5-₃是Np在水相中的主要形态;pH值对Np在水相和固相中的价态分布无影响。     

超临界水氧化处理核电厂去油污溶剂及反应动力学分析

采用超临界水氧化技术对核电厂去油污溶剂进行处理，控制不同的过氧系数、停留时间、反应温度和反应压力等实验条件，研究各参数对产水的化学需氧量（COD）及化学需氧量去除率的影响。结果表明：装置的最佳处理条件为过氧系数1.2、停留时间45 s、反应温度450 ℃、反应压力22.5 MPa，有机废液的COD去除率可达到99.8%以上。对核电厂有机废液的超临界水氧化反应动力学规律进行了研究，在22.5 MPa下，反应活化能E_a=(24.64±1.25) kJ/mol，频率因子k₀=2.38 s^-1，动力学模型计算值和实验值的误差在±7%以内。     

溶解硫酸盐硫同位素测试预处理方法优化

为分析水体中硫酸盐硫同位素组成,常将SO^2-₄转化为固体BaSO₄,进行预处理,但是该方法对体积少且低浓度硫酸盐样品（0～20 mg·L^-1）存在耗时长、回收率低等问题,对硫同位素测试结果的影响仍不明确。本文通过对不同Ba²⁺添加量、反应温度、pH和沉淀时间等条件对SO^2-₄回收率及δ³⁴S BaSO₄测试影响进行研究,优化由SO^2-₄转化BaSO₄的方法,并选取四种不同类型水体（雨水、湖水、污水、海水）进行验证。结果表明：1） SO^2-₄的回收率受沉淀生成速率和反应时间控制,在相同反应时间内,沉淀生成速率与过饱和度比、温度成正比,与H⁺浓度成反比,并且搅拌可以加速BaSO₄晶体的生长;2） 改进的预处理流程为：在水样中添加适量盐酸和氯化钡（pH=2.6,过饱和度比≥55）,用玻璃棒匀速搅拌1 min,90 ℃水浴加热1 h,冷却至室温后用滤膜收集BaSO₄;3） 优化后的预处理方法测试天然样品时,SO^2-₄可以在1 h内完全转化为BaSO₄固体,并且不发生硫同位素分馏,低SO^2-₄浓度（3.24 mg·L^-1）的雨水样品,其转化率从0提高至98.7%,δ³⁴S约为15.7‰±0.1‰;中等SO^2-₄浓度（30.34 mg·L^-1）的湖水样品,其转化率从26%提高至100%,δ³⁴S为5.8‰±0.2‰;高SO^2-₄浓度（140.4～2 516.4 mg·L^-1）的污水和海水样品,硫酸盐的回收率和δ³⁴S与传统方法得到的结果相近。改进的预处理方法有效提高了低浓度水溶硫酸盐样品的回收率,避免转化过程中的同位素分馏。该方法对于中高浓度的样品同样适用。     

基于紫精的阳离子型有机聚合物对钼锝分离的应用研究

为了寻找新型的高效钼锝分离材料,提高淋洗液中^99mTc放射性浓度以满足医学诊断的使用,本研究合成一种基于紫精的阳离子型有机聚合物（VBCOP）,使用Re作为Tc的非放射性替代物,研究VBCOP对ReO^-₄以及MoO^2-₄的吸附性能,分别探究pH和Mo、Re的初始浓度对Mo、Re吸附性能的影响,并在此基础上探究VBCOP在含Re(Ⅶ)10 mg·L^-1和不同摩尔比的Mo溶液对Re的吸附效果。结果表明：VBCOP表现出对Re优秀的吸附性能以及良好的选择性。VBCOP在一个宽泛的pH范围内均能表现出良好的吸附性能,碱性条件对Mo的影响要大于对Re的影响。VBCOP对ReO^-₄的饱和吸附容量达597 mg·g^-1,对MoO^2-₄的饱和吸附容量为196 mg·g^-1。在中性条件下,Re∶Mo摩尔比为1∶10 000时,VBCOP仍能对ReO^-₄有一定的吸附效果（35%）,这为后续的深入研究奠定了基础。     

CO2和O2地浸铀矿原液中SO2-4的快速测定

为改良现有硫酸钡比浊法测定含铀浸出液中SO^2-₄不能长时间稳定均匀地形成硫酸钡悬浊液的缺点，采用吸光比浊法研究不同波长、酸度、稳定剂、无水乙醇用量对硫酸钡分散体系稳定性的影响以提高测量准确度。实验结果表明，改良比浊法测定SO^2-₄浓度体系中的最佳实验条件为1.0 mL HCl（3 mol/L）、5.0 mL聚乙烯醇溶液(含w=10%BaCl₂•2H₂O)、3.0 mL 无水乙醇。在最佳波长440 nm处，SO^2-₄质量浓度在0.2~1.5 g/L范围内符合比尔定律。该方法的检出限为 0.003 6 mg/L，定量限为 0.012 0 mg/L（n=20）。该方法样品测量回收率为99.0%~99.8%，加标相对标准偏差为 0.63%~2.44%(n=2)。与 GB/T 5750.5-2006 国标法比较，该方法操作简便、快捷，结果准确度高，在CO₂和O₂地浸采铀浸出原液SO^2-₄浓度的测定中有广阔的应用前景。     

HR3C在超临界水中的腐蚀性能研究

通过高压釜浸泡实验研究了超级奥氏体不锈钢HR3C在循环的超临界水（SCW）中的均匀腐蚀性能,实验温度分别为550、600、650 ℃,压力为25 MPa,并对实验后试样生成的氧化膜进行了SEM、EDS和XRD分析。实验结果显示,HR3C在SCW环境中的氧化腐蚀速率随着温度的升高而增大,1 500 h后650 ℃ SCW环境下材料的腐蚀增重约为550 ℃时的2倍。材料表面生成的氧化膜主要成分为FeCr₂O₃、Fe₃O₄和Fe₂O₃,内层氧化膜富Cr而外层氧化膜富Fe。     

医用裂变99Mo分离纯化工艺中131I-和131IO-3的去除

为评价已建立的裂变⁹⁹Mo分离纯化工艺，即AgNO₃沉淀法、α-安息香肟沉淀法、阴离子交换色层法与活性炭色层法联用工艺流程，对放射性碘的去除效果，本研究以¹³¹I为放射性示踪剂，研究两种不同放射性碘化学形态¹³¹I^-与¹³¹IO^-₃在⁹⁹Mo分离纯化工艺中的行为及其去除效果。结果表明，对于¹³¹I^-，AgNO₃沉淀能够去除模拟溶液中98.2%¹³¹I^-，α-安息香肟沉淀法分离⁹⁹Mo工艺能够去除97.9%¹³¹I^-，AG1-×8树脂上阴离子与I-发生交换可以除去Mo样品中99.9%的¹³¹I^-，活性炭色层法通过吸附作用除去75%的¹³¹I^-，最终¹³¹I^-的累积去污系数为1.90×10⁶，¹³¹I^-的去除率大于99.99%。对于¹³¹IO^-₃，加入AgNO₃对其去除没有影响，ɑ-安息香肟沉淀法能除去99%以上的¹³¹IO^-₃，AG1-×8树脂上阴离子与¹³¹IO^-₃发生交换可以除去Mo样品中99.9%的¹³¹IO^-₃，活性炭色层法能除去约70%¹³¹IO^-₃，最终¹³¹IO^-₃的累积去污系数为2.52×10⁵，¹³¹IO^-₃的去除率大于99.99%。已建立的裂变⁹⁹Mo分离纯化工艺流程对¹³¹I^-与¹³¹IO^-₃均具有出色的去除效果。     

超临界水氧化处理放射性废TBP/煤油技术研究

针对乏燃料后处理常用的有机溶剂TBP/煤油,采用以质量分数为30%的双氧水为氧化剂的超临界水氧化(SCWO)处理装置进行了模拟实验。结果显示,反应温度（550±50） ℃、停留时间（9±1） min、氧化剂与有机物流量比16.5±0.5条件下,有机物无机化率可达到99.9%以上。在此基础上开展了SCWO处理工艺放射性实验研究。结果表明,在气相产物中,放射性低于检测下限;在液相产物中,α活度浓度为2.37×10³ Bq/L,β活度浓度为8.94×10² Bq/L,γ活度浓度为96 Bq/L;在固相产物中,α比活度为2 750.2 Bq/g,β比活度为5 863.3 Bq/g,γ比活度为5 840.2 Bq/g,根据放射性活度衡算,放射性核素大部分进入固体残渣中。SEM/EDS表征结果表明,反应过程产生的固体产物中,主要以U元素为主,产物中主要含U、Ni、Cr、Fe、Al的磷酸盐及氧化物。     

甲基膦酸二甲庚酯对硝酸介质中Pu(Ⅳ)的萃取

研究了 HNO3介质中甲基膦酸二甲庚酯(DMHMP) 对Pu(Ⅳ)的萃取性能,考察了DMHMP浓度、NO-3浓度、HNO3浓度以及温度对Pu(Ⅳ)分配比的影响。确定了DMHMP萃取Pu(Ⅳ)的萃合物的组成为Pu(NO₃)₄·2DMHMP,其萃取反应方程式为： Pu⁴⁺_(a)+2DMHMP_(o)+4NO^-_3(a) Pu(NO₃)₄·2DMHMP_(o) 其中Pu(Ⅳ)与NO^-₃形成中性分子,再与DMHMP结合成为中性配合物进入有机相。在实验范围内Pu(Ⅳ)分配比与DMHMP浓度的平方、NO^-₃浓度的四次方成正比,萃取过程为放热反应,反应的焓变为-34.46 kJ/mol。     

磷酸三丁酯与NO2反应研究

通过气相色谱仪和气相色谱-质谱联用仪对磷酸三丁酯（TBP）与NO₂反应的气相产物和液相产物进行表征,气相产物主要是1-丁烯、CO、N₂等,液相产物表征出的组分有硝酸丁酯和未反应的磷酸三丁酯。使用绝热加速量热仪（ARC）对不同摩尔比例反应体系的具体参数进行测量,通过Arrhenius方程对参数拟合得到反应的动力学参数,分别通过基于第一性原理的分子动力学模拟对反应过程与产物进行进一步分析。结果表明：纯TBP的起始放热温度为285.6 ℃,加入不同比例NO₂后样品起始放热温度降低到80~90 ℃,随着NO₂比例的增加,样品的最大温升速率和压升速率有较大提升,整个体系的热危险性急剧增加。除去个别由于冷凝回流导致活化能未被准确测量的样品,其余样品活化能约为10~12 kJ/mol。TBP在NO₂存在时C-O键会快速断裂。结合体系中有NO和OH片段生成的现象,猜测反应路径可能是NO₂夺取TBP上H原子生成HONO,这一过程导致TBP分子快速分解,生成1-丁烯和反式2-丁烯。     

锕系、镧系元素分离中新萃取剂的研究(Ⅴ)--HCBMPPT和TBP对铀的协同萃取

本文研究了4-邻氯苯甲酰基-2,4-二氢-5-甲基-2-苯基-3H-吡唑硫酮-3(HCBMPPT)与中性萃取剂磷酸三丁酯(TBP)的甲苯溶液从硝酸介质中对铀(Ⅵ)的协同萃取.实验结果表明,其萃取分配比随萃取剂浓度、协萃剂浓度、盐析剂浓度及pH值的升高而增大.同时,对萃合物的化学组成及萃取机理进行了分析和讨论.     

草酸甲基肼应用于污溶剂洗涤的研究

在无水乙醇溶液中制得了白色针状草酸甲基肼晶体。经过分析，其分子式为（CH3N2H4）2C2O4，100g水中的溶解度为241g(25℃）。研究了草酸甲基肼洗涤含少量铀的TBP的性能，考察了一些因素对单级洗涤实验的影响。在未经辐照情况下，草酸甲基肼对含铀TBP的洗涤效果略差于碳酸钠，对含钚TBP的洗涤效果略好于碳酸钠；在一定辐照剂量下，对钚的洗涤效果明显优于碳酸钠。草酸甲基肼洗涤CMP体系中钚的效果略好于碳酸钠；洗涤镅的效果优于碳酸钠。草酸甲基肼四级逆流串级洗涤含铀TBP可获得良好的洗涤效果，洗涤后的有机相铀浓度约为1mg/L。     

γ辐照30%三烷基氧化膦-煤油体系萃取乳化的研究

研究了γ辐射三烷基氧化膦（TRPO）的乳化性能，实验表明，萃取水相酸度的增加，有利于去乳化作用。γ辐射对305TRPO－煤油－硝酸体系的乳化作用有显著影响，不同厂家生产的TRPO具有不同的乳化性能。γ辐照的磷酸三丁酯(TBR)－煤油－硝酸体系较TRPO－煤油－HNO3体系分相和去乳化速度较快。但当用5％Na2CO3溶液洗涤上述两个体系时，TBP－煤油体系有机相去乳化速度较慢，其平衡水相有乳化现象，而TRPO－煤油体系虽分相慢，但分相后有机相的去乳化速度较快，其平衡水相无乳化现象。     

亚硝酸分配比测定及其初步模拟计算

Purex流程的计算机模拟研究有助于流程的优化和改进。HNO2不可避免地存在于Purex流程中,影响许多重要核素的萃取,因此需要建立HNO2的分配比模型,以完善Purex流程计算机模拟程序。采用酸碱滴定法和重氮偶联法同时测定了平衡水相和有机相中HNO3和HNO2的浓度,进而获得分配比数据。在研究范围内,水相HNO2浓度对HNO2和HNO3的分配比影响不明显。水相HNO3浓度升高,HNO2的分配比下降,而HNO3的分配比先升高后下降。有机相中TBP浓度升高,HNO2和HNO3的分配比均增加。初步建立了HNO2分配比与水相酸度和自由TBP的关联式,计算结果与实验值比较吻合。     

TRPO流程中U的反萃：Ⅱ.（NH4）2CO3对U的反萃

研究了用 ５０ ｇ／ Ｌ（ Ｎ Ｈ４ ）２ Ｃ Ｏ３ 溶液从含 Ｕ 的 Ｔ Ｒ Ｐ Ｏ 相中反萃 Ｕ 的条件。测定了反萃平衡时间、相比、反萃次数、温度及有机相中 Ｕ 的质量浓度对反萃率的影响。用（ Ｎ Ｈ４）２ Ｃ Ｏ３ 反萃 Ｕ 比原流程的 Ｎａ２ Ｃ Ｏ３ 可减少 ２ 级,反萃液中不会析出（ Ｎ Ｈ４）２ Ｃ２ Ｏ４ 结晶。（ Ｎ Ｈ４）４［ Ｕ Ｏ２（ Ｃ Ｏ３）３ ］在加热转型时, Ｎ Ｈ＋４ 、 Ｃ Ｏ２－３ 及少量 Ｃ２ Ｏ２－４ 、 Ｎ Ｏ－３ 均可挥发除去。     

NpO2+与UO22+阳阳离子络合对30%TBP-煤油萃取Np(Ⅴ)性能的影响

通过分光光度法和液闪计数法研究了Np(Ⅴ)与U(Ⅵ)间的阳阳离子络合作用对Np(Ⅴ)在30%TBP-煤油有机相中的萃取分配行为的影响。结果表明：Np(Ⅴ)-U(Ⅵ)阳阳离子络合物可被萃入TBP有机相中，其萃取分配系数较Np(Ⅴ)提高了数倍。随着U浓度在0.12～0.60 mol/L范围内升高，Np(Ⅴ)-U(Ⅵ)阳阳离子络合物萃取分配系数不断增加，当U浓度达到0.72 mol/L时，由于有机相铀饱和度原因，Np(Ⅴ)-U(Ⅵ)阳阳离子络合物萃取分配系数下降。在室温下，水相酸度为3 mol/L、铀浓度为0.60 mol/L、相比（o/a）为2∶1、两相接触时间为1 min时，Np(Ⅴ)的总萃取分配系数约为0.1，萃入有机相中的Np约占Np总量的9%。提高酸度有利于Np(Ⅴ)-U(Ⅵ)阳阳离子络合物的萃取，接触时间在1～8min范围内对萃取无影响。     

磷酸三异戊酯、磷酸三仲丁酯对U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)的萃取性能

研究了磷酸三异戊酯(TiAP)、磷酸三仲丁酯(TsBP)的正十二烷溶液从硝酸介质中萃取U(Ⅵ)、Th(Ⅳ)的性能及Th(Ⅳ)的萃取容量,并在相同条件下与磷酸三丁酯(TBP)的萃取性质进行了比较。结果表明:TiAP对Th(Ⅳ)、U(Ⅵ)的萃取性能与TBP相近,相同酸度情况下,分配比均略高于TBP;TsBP萃取U(Ⅵ)的分配比高于TBP,而萃取Th(Ⅳ)的分配比低于TBP。随着水相硝酸浓度的增大,两种萃取剂对Th(Ⅳ)、U(Ⅵ)的萃取分配比增大,但在较高酸度下则相反;同时比较了TiAP、TsBP、TBP对Th(Ⅳ)的萃取容量。     

Separation of zirconium and hafnium by solvent extraction using mixture of TBP and Cyanex 923

In this study, a new Zr/Hf separation procedure by solvent extraction is proposed. The method is based on using the mixture of TBP and Cyanex 923 as extractant in the organic phase. Several parameters including; TBP/Cyanex 923 volume ratio, extractant concentration in the organic phase, nitric acid and NaNO₃ concentration in aqueous phase have been investigated. The results demonstrate better condition respect to traditional TBP/HNO₃ process. Lower required acid concentration and more zirconium extraction are some advantages of the new separation process.