铀在北山地下水中的种态分布及溶解度分析

为了解铀酰离子在北山地下水中的吸附、扩散和迁移行为,利用地球化学计算软件PHREEQC,采用由OECD/NEA发布的最新铀的热力学数据,计算了铀在我国高放废物地质处置库重点研究区甘肃北山地下水中的种态分布,并分析了围岩中存在的方解石对铀溶解度的影响。计算结果表明,在北山地下水组成不变的前提下,在偏酸性条件下,铀主要以UO₂F⁺、UO₂SO₄、UO₂²⁺、UO₂F₂和UO₂(SO₄)₂^2-的形式存在,而在中性至弱碱性条件下,主要以 UO₂(CO₃)^4-₃、UO₂(CO₃)₂^2-、UO₂(OH)₃^-和UO₂(OH)₄^2-的形式存在。我国计划建造的高放废物处置库的设计深度为地下500～1000m,其水岩体系一般呈弱碱性。在这样的弱碱性水岩体系中,以阴离子形式存在的铀酰配合物具有较强的可移动性。当地下水的pH=7.56时,在Eh<24mV的条件下,铀主要以沥青铀矿的形式存在,而在更高的Eh条件下,则主要以UO₂²⁺与CO₃^2-和OH^-形成的阴离子配合物的形式存在。当地下水与空气接触时,O₂的存在会使Eh升高,此时铀的主要存在种态为UO₂²⁺及其各种配合物。当围岩体系中存在方解石时,在pH<8.0的条件下,铀在地下水中的溶解度会显著提高,而在更高pH条件下,方解石对铀的溶解度无明显影响。     

离子液体中UO2(CMPO)3(NO3)2的组装及CMPO萃取铀的机理

离子液体具有独特的物理化学性质,可以参与或影响两亲分子自组装。离子液体介质中的自组装研究所涉及的两亲分子多为有机化合物,而金属配合物在离子液体中的组装鲜有报道。另外,萃取剂正辛基苯基-N,N-二异丁基胺基甲酰基甲基氧化膦(CMPO)在1-乙基-3-甲基咪唑双三氟甲基磺酰亚胺盐(C₂mimNTf²)中萃取UO₂⁺²时形成的萃合物结构组成有待深入研究。本工作探究了UO₂(CMPO)₃(NO₃)₂在C₂mimNTf²中的组装行为。原位透射电镜(原位TEM)研究表明:UO₂(CMPO)₃(NO₃)₂在C₂mimNTf²(含70μL水)中形成聚集体,冷冻刻蚀电镜(FF-TEM)显示该聚集体是胶束。此外,研究了CMPO-C₂mimNTf²体系萃取UO₂⁺²时形成的萃合物组成。离子色谱结果表明:萃取前后水相中NO^-₃浓度变化不大,电喷雾质谱(ESI-MS)上均为UO₂(CMPO)₃(NTf₂)₂的碎片离子峰,这些结果说明:CMPO-C₂mimNTf²体系萃取UO₂⁺²时形成的萃合物组成为UO₂(CMPO)₃(NTf₂)₂而非UO₂(CMPO)₃(NO₃)₂。这有助于深入了解金属配合物在离子液体中的组装行为,并对理解CMPO-C₂mimNTf²体系萃取UO₂⁺²的机理提供了重要参考。     

螯合剂对铀在小鼠体内分布的影响研究

铀在生物体内的化学形态及分布是评价铀毒性的基础。文章通过尾静脉注射给药方式研究螯合剂对染铀小鼠体内铀分布的影响。通过建立包含主要体液金属离子、小分子配体及UO₂²⁺与螯合剂的热力学平衡模型,采用数值模拟方法研究UO₂²⁺在血液中的形态。实验结果表明：DTPA易与UO₂²⁺形成［(UO₂)₂(OH)DTPA］^2-,对小鼠血液中的UO₂²⁺有明显的促排作用,但在促排的同时对小鼠的肾脏和骨骼有损伤;抗坏血酸对小鼠体内各组织器官的铀促排几乎无作用,但形成的［(UO₂)₂(OH)Ascorbate］²⁺会阻碍肾脏中U(Ⅵ)的代谢;NTA对小鼠体内各组织器官铀的促排作用小,并会促使体内出现固相(UO₂)₃(PO₄)₂·4H₂O,对骨骼有较强的损伤作用,不适合作为铀的促排剂。     

铀酰叠氮离子化合物的质谱分析与理论计算（英文）

铀的多配位化学不仅在新型锕系化合物的结构研发中具有重要地位，也对环境和核废料处理问题产生重要影响。本研究报道了激光溅射U靶在N₂O载气中冷却膨胀生成[UO₂(N₃)_n]⁺(n=0—4)的质谱结果，并结合理论计算对所生成离子的稳定结构和成键相互作用进行了分析。结果显示，N₃以自由基的形式与UO⁺₂配位，且第一个N₃配体与UO⁺₂存在成键相互作用。此外，进一步的定域化分子轨道分析表明，体系中存在多中心轨道离域。     

硝酸介质中铀矿冶设备表面放射性污染的规律

为了掌握铀矿冶生产实践中常用设备材质经放射性污染后表面活度的变化规律，研究了不锈钢、有机玻璃、橡胶3种材质经不同浓度的硝酸铀酰溶液连续浸泡26 d后，样品表面活度、表面形貌及铀的存在形式等变化特征。结果表明：在26 d内，当铀溶液质量浓度为10.22 mg/L时，3种材质表面活度随浸泡时间增加变化不显著，当溶液铀质量浓度分别为563.58 mg/L、25.54 g/L时，各材质表面活度值均随浸泡时间增加逐渐增大。此外，3种材质表面活度从大到小依次是橡胶>不锈钢>有机玻璃。样品表面活度的增加主要是由于样品被腐蚀，导致铀在样品表面的附着沉积引起，并且表面的铀主要以UO₂(NO₃)₂•6H₂O及少量UO₃的形式存在。     

硝酸介质中铀矿冶设备表面放射性污染的规律

为了掌握铀矿冶生产实践中常用设备材质经放射性污染后表面活度的变化规律，研究了不锈钢、有机玻璃、橡胶3种材质经不同浓度的硝酸铀酰溶液连续浸泡26 d后，样品表面活度、表面形貌及铀的存在形式等变化特征。结果表明：在26 d内，当铀溶液质量浓度为10.22 mg/L时，3种材质表面活度随浸泡时间增加变化不显著，当溶液铀质量浓度分别为563.58 mg/L、25.54 g/L时，各材质表面活度值均随浸泡时间增加逐渐增大。此外，3种材质表面活度从大到小依次是橡胶>不锈钢>有机玻璃。样品表面活度的增加主要是由于样品被腐蚀，导致铀在样品表面的附着沉积引起，并且表面的铀主要以UO₂(NO₃)₂•6H₂O及少量UO₃的形式存在。     

活性UO3制备技术研究

为提高UO₃活性、降低铀转化生产成本,以硝酸铀酰溶液为原料、丙烷燃烧产生的高温气体为热源,采用高压喷雾技术制备了高活性UO₃粉末。探讨了硝酸铀酰溶液中的铀浓度和反应温度对UO₃活性的影响,并分析了高压喷嘴结构对UO₃粉末粒度分布的影响。实验结果表明,在反应温度400 ℃、反应压力-100 Pa等控制条件下,采用雾化干燥技术制备的UO₃比表面积可达18 m²/g,粉末粒径在15～50 μm之间,说明制备的UO₃活性较好。其原因是高温高速气流与雾化液滴横向接触时,不仅发生了高速气体对液滴的撕裂作用,也存在高温条件下水气化导致液滴破裂的过程。同时也显示该工艺具有潜在的工业应用价值。     

镅在北山地下水中赋存形态及溶解度分析

使用PHREEQC软件及OECD/NEA出版的镅热力学数据,利用相关矿物的沉淀饱和指数,计算了镅在北山地下水中的赋存形态,探讨了pH值、方解石、CO₂分压及腐殖酸对镅的形态分布与溶解度的影响。结果表明,在近中性条件下镅主要以AmCO⁺ ₃和 AmSiO(OH)²⁺₃形式存在,在碱性条件下易形成AmOHCO₃·0.5H₂O(cr)和Am(OH)₃(cr)沉淀,因此偏碱性的北山地下水有利于阻滞镅的迁移。 围岩中存在的方解石对镅的溶解度和迁移性影响较复杂,在pH 6～8条件下,方解石能微弱地降低镅的溶解度;在pH 8～9.7时,方解石会提高Am(CO₃)^-₂离子的浓度,进而提高镅的溶解度,增强其可迁移性;而在pH 9.7～11时,方解石有利于AmOHCO₃·0.5H₂O(cr)沉淀形成,从而降低镅的溶解度。当固定pH为7.56时,镅的溶解度随二氧化碳分压升高先降低而后增大,在10^-2.25 bar时达最低值。由于易与腐殖酸形成络合物,在弱酸性至弱碱性条件下腐殖酸能提升镅的溶解度,从而增强其可迁移性,应引起重视。     

土壤中球孢枝孢对铀（Ⅵ）的吸附

从拟作为低放射性废物处置填埋场土壤中分离出一种霉菌,经过鉴定为链孢霉目黑霉科球孢枝孢,并考察该菌对UO₂²⁺的吸附行为。实验结果表明：铀初始质量浓度为10mg/L,加入5g/L的新鲜湿菌体,其吸附平衡时间约为24h,最终吸附率约94.1%,吸附符合准二级动力学模型;吸附最适宜pH=5～9,当pH≤2时,菌体几乎不吸附UO₂²⁺;铀初始质量浓度为2~10mg/L时,吸附率均在90%左右;吸附近似符合Langmuir吸附经验公式;菌体累积吸附6次吸附量可达6.6mg/g;Ca²⁺会降低微生物对铀的吸附;柠檬酸、硝酸和EDTA对吸附的铀均具有一定的解吸能力,其中柠檬酸最高为67%。采用红外吸收光谱分析,显示吸附后出现UO₂²⁺的吸收峰,表明铀主要以UO₂²⁺的形式被菌体吸附。     

Pt催化N2H4还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中N2H4断键机制研究

为优化硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)的工艺条件,确定此反应过程的控制步骤,有针对性地提高控制步骤的反应速率,以确定N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中的反应历程以及反应机理,通过实验研究确定了N₂H₄在Pt催化剂上的断键方式和分解机理。采用气相色谱法、分光光度法、滴定法及排水法对硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)过程中的产物进行分析,确定反应过程中N₂H₄的断键机制。结果表明,硝酸介质下Pt催化N₂H₄还原U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)反应过程中没有叠氮酸、氮氧化物及氢气生成,产物主要是N₂,生成的N₂的量与消耗的N₂H₄的量接近1∶1;当存在U(Ⅵ)时,生成的NH⁺₄产量较低,当U(Ⅵ)反应完全后,NH⁺₄的产生速率急剧增大;N₂H₄以N-N断键和N-H断键两种方式共存;反应温度升高有利于加快由U(Ⅵ)制备U(Ⅳ)还原反应的进行。     

赣杭构造带某铀矿区地下水中铀的存在形式研究北大核心CSCD

为研究铀矿区地下水化学性质对铀的存在形式的影响,本文以赣杭构造带某铀矿区地下水为研究对象,在对9个典型采样点地下水化学成分分析的基础上,采用数理统计软件SPSS 18.0和地球化学模拟软件PHREEQC及llnl.dat数据库,探究了研究区内地下水水化学特征及U的存在形式。结果表明:本研究区地下水水化学类型以HCO_(3)-Na与HCO_(3)-Na·Ca为主,U含量与Ca^(2+)和Mg^(2+)浓度体现出较强正相关性,与SO_(4)^(2-)的相关性次之;地下水中U元素主要以六价为主,几乎占100%,主要存在形式依次为UO_(2)(CO_(3))_(2)^(2-)、UO_(2)(CO_(3))_(3)^(4-)、UO_(2)CO_(3)、UO_(2)(OH)2、UO_(2)(OH)_(3)^(-)、UO_(2)OH^(+)等6种,其中UO_(2)(CO_(3))_(2)^(2-)占绝对优势,整体以碳酸铀酰形式为主,这也与研究区地下水酸碱性相对应。     

钙-铀-碳酸络合物对红土吸附铀性能的影响

采用静态实验法研究了钙-铀-碳酸络合物对红土吸附铀性能的影响。结果表明:溶液的pH值、总碳酸和钙离子浓度增大会抑制红土对铀的吸附,当pH=7.0,红土投加量为1g/L,钙离子、总碳酸根和初始铀浓度分别为0.4mmol/L、3.8mmol/L和50mg/L时,红土对铀的最大吸附容量约为4.20mg/g。铀在红土上的吸附形态为UO2(CO3)2-2、UO2(CO3)4-3和UO2CO3(aq)。利用铀-碳酸络合物总量c(UCO3)T可预测红土吸附铀的容量qe,c(U-CO3)T与qe呈非线性关系,其方程为qe=18.2(c(UO2+2)·c(CO2-3)(K1+K2c(CO2-3)+K3c2(CO2-3)))0.36。该研究成果可为铀污染土壤的修复和治理提供技术和理论参考。     

Structural study on uranyl ion in 1-butyl-3-methylimidazolium nonafluorobutanesulfonate ionic liquid

The structure of uranyl ion in 1-butyl-3-methylimidazolium nonafluorobutanesulfonate ionic liquid (BMINfO) has been studied with ¹H- and ³⁵Cl-NMR, Raman, and UV-visible spectroscopy. In the ¹H-NMR spectrum of the BMINfO solution prepared by dissolving UO₂(ClO₄)₂·5 6H₂O, the signal of H₂O coordinated to UO₂²⁺ was observed at 6.64 ppm at 50°C (free H₂O in BMINfO: 3.1 ppm at 50°C), suggesting that the uranyl species exists as the aquo complex, [UO₂(H₂O)_n]²⁺. The signal of the coordinated H₂O disappears with heating at 120°C for 3 h under vacuum. This indicates the dehydration from [UO₂(H₂O)_n]²⁺. On the other hand, the ³⁵Cl-NMR signal of ClO₄⁻ as the counter anion of UO₂²⁺ was observed at 1011 ppm (vs. Cl⁻ in D₂O) regardless of heating. This indicates that no ClO₄⁻ ion is in the first coordination sphere of UO₂²⁺. Furthermore, the UV-visible absorption spectra showed that the characteristic absorption bands due to UO₂²⁺ were sharpened with the dehydration. This means the simplification of the structure around UO₂²⁺. These results described above suggest that UO₂²⁺ in BMINfO has no ligand in its equatorial plane after the dehydration, i.e. UO₂²⁺ exists as a bare cation in this system.     

An experimental study on linear differential scattering coefficients of the radioactive compounds UO2(C2H3O2)2 · 2H2O and Th(NO3)4 · 5H2O at 60 keV

The linear differential scattering coefficients at 60 keV have been measured for UO₂(C₂H₃O₂)₂ · 2H₂O (uranyl-acetate) and Th(NO₃)₄ · 5H₂O (thorium-nitrate) radioactive compounds at seven angles ranging from 60° to 120° at intervals 10°. The obtained results have been compared with relativistic and non-relativistic theoretical values.     

ESR法研究Pt催化N2H4分解机制

采用电子自旋共振谱（ESR）法,研究了酸性条件下•NH₂的转化,HClO₄体系下反应时间对溶液中自由基产生的影响、pH值对N₂H₄断键的影响以及HNO₃中N是否对溶液中的•NH₂有贡献,确定了Pt催化N₂H₄分解的反应机理。结果表明：在酸性条件下•NH₂被DMPO捕捉时反应式为•NH⁺₃+HO-H+DMPO=NH⁺₄+DMPO(•OH),硝酸在Pt催化N₂H₄体系中不会发生断键产生•NH₂,所产生的•NH₂是由N₂H₄断键形成的;在HClO₄体系中,随着Pt催化N₂H₄反应时间的延长,N₂H₄中N-N断键的趋势逐渐减小,N-H断键的趋势逐渐增大;随pH值的增大,N₂H₄中N-N断键的速率先快速减小,pH>3后缓慢增大;Pt催化N₂H₄分解反应中N-N断键和N-H断键两种方式共存,但N-N断键占优;反应体系中N₂H₄与H^＋浓度之比决定了N-N断键生成•NH₂的速率,而•NH₂与H^＋的浓度又决定了•NH₂转化成产物的速率,这两方面共同决定了N₂H₄分解的速率。     

Phase transitions in U3O8−z: I, heat capacity measurements

The heat capacity of U₃O_8−z with various O/U ratios was measured in the range from 250 to 750 K, and λ-type heat capacity anomalies were found in each sample. The transition temperatures were 487 and 573 K for UO_2.663, 490 and 576 K for UO_2.656 and 508, 562 and 618 K for UO_2.640. The entropy changes of the transitions were 0.44 and 0.39 J K⁻¹mol⁻¹ for UO_2.663, 0.58 and 0.47 J K⁻¹mol⁻¹ for UO_2.656 and 0.62, 0.51 and 0.25 J K⁻¹mol⁻¹ for UO_2.640, increasing as O/U decreases. The enthalpy change due to the transition varied linearly with the transition temperature except for UO_2.640, showing the presence of the same mechanism of phase transition among the samples with various O/U ratios. The mechanism of the phase transition was discussed on the assumption that the transition is originated from the order-disorder rearrangement of U⁵⁺ and U⁶⁺ with a consequent displacement of atoms, similarly to the case of U₄O_9−y.     

The influence of calcium ions on the development of acidity in corrosion product deposits on SIMFUEL, UO2

In order to clarify the influence of groundwater constituents on the formation of corrosion products and secondary phase deposits on corroding/dissolving nuclear fuel surfaces under waste disposal conditions we have investigated the influence of Ca²⁺, present as CaCl₂. The influence of calcium ions on the anodic dissolution of SIMFUEL (doped uranium dioxide) has been characterized over the potential range 0–500 mV (vs. SCE). Through the use of X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) the surface composition over this potential range has been determined. Ca²⁺ was found not to influence the conversion of U^IVO₂ to , but to suppress the subsequent formation of a U^VI surface species which lead to the formation of a hydrated deposit, UO₃ · yH₂O. The adsorption of Ca²⁺ on the UO₂ surface is believed to inhibit fuel dissolution either via inhibiting the stabilization of the cation precursor (UO₂(OH)₂)_ads or by blocking the O²⁻ anion transfer reaction from the fuel surface.     

Structure and kinetic studies of U(VI)-benzamidoxime complex in non-aqueous solutions by H- and C-NMR

The structural and kinetic studies of U(VI) complex with benzamidoxime(Hba) as ligand in CD₃COCD₃ have been studied by means of ¹H and ¹³C NMR. The Hba molecule was found to coordinate to UO₂²⁺ in the form of anionic benzamidoximate (ba), and the number of ba coordinated to UO₂²⁺ was determined to be 3 by analyzing the chemical shift of ¹³C NMR signal for Hba in the presence of UO₂²⁺. The exchange rate constants(k_ex) of ba in [UO₂(ba)₃] were determined by the NMR line-broadening method. The kinetic parameters were obtained as follows: k_ex(25°C) = 3.1 × 10³s⁻¹, ΔH^≠ = 35.8 ± 3.5 KJ mol⁻¹, and ΔS^≠ = −65 ± 13.7 J K⁻¹ mol⁻¹. The UV-visible absorption spectra of solutions containing UO₂²⁺ and Hba were also measured. The molar extinction coefficient of the complex was found to be extremely large compared with those of UO₂(L)₅²⁺ (L = unidentate oxygen donor ligands) complexes. This is due to the strong electron withdrawing of UO₂²⁺ from Hba and suggests that an interaction between UO₂²⁺ and Hba is very strong. Such a high affinity of monomeric amidoxime to UO₂²⁺ reasonably explains the high adsorptibility of amidoxime resin to U(VI) species, and is considered to result in the high recovery of U(VI) species from sea water using amidoxime resin.