UO22+在羟基磷灰石上的吸附

以羟基磷灰石（HA）作骨体外模型结合计算机模拟的方法,研究了UO₂²⁺在HA上的吸附行为以及不同种类的螯合剂对其吸附行为的影响。结果表明,15 min后HA对UO₂²⁺的吸附达到平衡,HA颗粒形貌未发生明显改变,吸附过程符合拟二级动力学方程;乙二胺四乙酸（EDTA）和二乙基三胺五乙酸（DTPA）对HA上UO₂²⁺的促排作用类似,能与UO₂²⁺螯合形成大量的络合离子从而达到促排的目的,但会对骨骼无机相表面造成损伤;柠檬酸对吸附在HA上的UO₂²⁺具有较强的解吸作用,但高浓度的柠檬酸会造成HA颗粒形貌显著变化,因此不适合作为铀的促排剂;抗坏血酸对UO₂²⁺在HA上的解吸没有作用,而氨基三乙酸（NTA）会导致HA对铀的吸附率增加。     

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。     

电喷雾串联质谱模拟天然单质铀的形成

采用三重四级杆质谱模拟并分析微观含铀分子化学键断裂形成新的物质的过程以探讨单质铀的产生机理。结果表明,含铀分子在质谱中离子化后经碰撞诱导解离可生成U⁺。研究还发现,硝酸铀酰溶液通过电喷雾可形成UO⁺₂(m/z 270)、UO₂OH⁺(m/z 287)、UO₂H₂OOH⁺(m/z 305)、UO₂NO⁺₃(m/z 332)、UO₂(H₂O)₃NO⁺₃(m/z 386)及双聚铀酰离子［(UO₂NO₃H₂O)₂NO₃］⁺(m/z 762),在具有一定动能N₂的碰撞下它们均可产生游离的U⁺。通过模拟实验推测,天然单质铀形成的微观机理为：在漫长地质年代中放射性核素持续衰变产生的能量粒子撞击含铀分子使其化学键断裂生成游离铀离子,在封闭或强还原性等特殊地质条件下形成单质铀并被保存下来。     

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。     

铀(Ⅵ)和三辛基氧化膦配合物在离子液体中的电化学与光谱性质

选择具有代表性的中性含磷萃取剂三辛基氧化膦（TOPO）作为配体,考察其与高氯酸铀酰在疏水离子液体［N₄₁₁₁］［NTf₂］中形成配合物的光谱和电化学行为。该配合物在离子液体中的紫外 可见吸收光谱呈现出峰间距为(728±9)cm^-1的电子振动带系,其红外光谱中铀酰离子不对称伸缩振动频率（ν_as）为926cm^-1。电化学研究显示,［UO₂(TOPO)₄］²⁺的电极还原过程由两个连续的单电子还原过程组成,对应的还原峰电位分别为E_pc1=-1.37V和E_pc2=-1.75V（vs. Ag⁺/Ag）,其中前者为准可逆,后者不可逆。该U(Ⅵ)→U(Ⅴ)准可逆过程的半波电位E_1/2=-1.33V,不随扫描速率和温度改变,说明该过程可逆性较好,且还原产物稳定。该配合物的扩散活化能为E_a=(39.0±1.1)kJ/mol。该体系可能在以离子液体为介质的电化学分离过程中具有潜在的应用前景。     

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。     

锕系金属（铀和锔）内嵌硼球烯的理论研究

最近发现的全硼富勒烯（硼球烯,D_2d B^-/0₄₀）,开启了硼球烯化学研究的新篇章。类似于富勒烯,金属掺杂也是硼球烯修饰和功能化重要途径。本工作采用密度泛函理论预测了一系列锕系金属掺杂硼球烯［An@B₃₉］ⁿ⁺（An=U,n=3;An=Cm,n=2）。理论计算表明,这些硼球烯均为稳定的金属内嵌硼球烯,其中［U@B₃₉］³⁺的能量最低,结构具有C₃对称性,而［Cm@B39］²⁺为C₁结构。成键性质分析表明,［U@B₃₉］³⁺和［Cm@B₃₉］²⁺均存在σ和π离域键。另外［An@B₃₉］ⁿ⁺中U-B键的共价相互作用强于Cm-B键,且［U@B₃₉］³⁺较［Cm@B₃₉］²⁺更稳定。因此,An-B键的共价特征对于这些锕系金属内嵌硼球烯的形成是必不可少的。本工作扩展了硼球烯体系,并为新型稳定金属内嵌硼球烯的设计提供了理论线索。     

核素铀、镅在地下水中赋存形态模拟

核素在地下水中的赋存形态对其迁移扩散能力有一定影响。为探究核素在黏土岩区域地下水中的赋存形态,以内蒙古阿拉善地区某黏土岩预选场址地下水为介质,采用PHREEQC软件并结合OECD/NEA发布的最新热力学数据库计算了核素铀、镅在地下水中的赋存形态,并分析了pH对核素赋存形态的影响。结果表明：内蒙古阿拉善地区地下水中铀主要以Ca₂UO₂(CO₃)₃和CaUO₂(CO₃)₃^2-形式存在,镅主要以Am(CO₃)⁺形式存在;pH会对核素赋存形态有重要影响,核素发生的络合反应类型会随着pH的变化而改变,进而生成不同的络合物。     

Fe(OH)3胶体对铀的吸附行为

为研究地浸采铀工艺过程中Fe(OH)₃胶体对铀的吸附,利用在无水乙醇中制备的Fe(OH)₃胶体,研究了pH值、初始铀浓度及吸附时间等对Fe(OH)₃胶体吸附铀的影响。采用准一级、复合二级与Elovich动力学模型对数据进行了动力学计算与分析,结果表明Elovich 动力学方程更适合描述Fe(OH)₃胶体对铀的吸附行为。采用Freundlich与Langmuir等温吸附方程对实验数据进行了热力学分析和拟合,结果表明Freundlich模型更适合描述Fe(OH)₃胶体对铀的吸附行为。综合两种等温吸附方程,推测Fe(OH)₃胶体对铀的吸附属于不均匀表面的单层物理吸附。根据激光粒度分析与SEM分析结果推测,Fe(OH)₃胶体对铀具有较强的吸附性能,吸附主要是表面吸附。     

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。     

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。     

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.     

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.     

CMPO修饰杯[4]芳烃对三价An/Ln离子的萃取分离性能

对正辛基苯基-N,N′-二异丁基胺甲酰甲基氧化膦(CMPO)是一种对镧系和锕系金属离子具有很好萃取效率的萃取剂。本工作以两种CMPO修饰杯[4]芳烃分子a(上缘)和b(下缘)为主体,考察了其对三价152 Eu和241 Am核素离子的萃取分离性能,并对溶剂、酸度、盐析剂和时间等影响因素进行了研究。结果表明:化合物a具有较好的241 Am萃取分离选择性,而正十二烷+正辛醇(体积比1∶1)为较合适的萃取溶剂,同时在c(H+)为1~2mol/L、萃取时间为10min、c(NaNO3)4mol/L的条件下,萃取剂达到最佳241 Am/152 Eu分离性能。