2,2′-((4-乙氧基-1,2-亚苯基)双(氧基))双(N,N-双(2-乙基己基)乙酰胺)对U(Ⅵ)、Pu(Ⅳ)的萃取行为研究

为开发Pu(Ⅳ)的高选择性萃取剂,实现废液中微量钚的回收,以正十二烷作为稀释剂,研究2,2′-((4-乙氧基-1,2-亚苯基)双(氧基))双(N,N-双(2-乙基己基)乙酰胺)(4-EthoxyBenzoDODA)对U(Ⅵ)、Pu(Ⅳ)的萃取行为,以及两相混合振荡时间、水相硝酸浓度和有机相萃取剂浓度对U(Ⅵ)、Pu(Ⅳ)萃取分配比的影响。硝酸的萃取实验结果表明,4-EthoxyBenzoDODA(KH=0.14)比BenzoDODA(KH=0.44)碱性弱,更有利于选择萃取离子势较强的Pu(Ⅳ)。对U(Ⅵ)、Pu(Ⅳ)的萃取实验表明,Pu(Ⅳ)对U(Ⅵ)的分离因子最高可达6.9,Pu(Ⅳ)对Eu(Ⅲ)的分离因子最高可达223。采用斜率法分析了4.0 mol/L HNO₃浓度下U(Ⅵ)萃合物的组成,主要为UO₂(NO₃)₂·L)、Pu(Ⅳ)(Pu(NO₃)₄·L和Pu(NO₃)₄·L2共存。使用硝酸肼或者硝酸羟胺等还原反萃剂,可以将负载有机相中98%的Pu反萃至水相中。结果表明,4-EthoxyBenzoDODA对Pu(Ⅳ)具有一定的选择性。     

甲醛肟与Pu(Ⅳ)的还原动力学

研究了甲醛肟(FO)与Pu(Ⅳ)的还原反应动力学,其动力学方程式为-dc(Pu(Ⅳ))/dt=kc(Pu(Ⅳ))c1.61(FO)c-0.88(H+),在18.7℃时,反应速率常数k=(110.39±7.70)(mol/L)-0.73/s,活化能为(68.82±3.00)kJ/mol。研究了甲醛肟浓度、H+浓度、硝酸根浓度、Fe3+浓度、UO22+浓度以及温度对甲醛肟与Pu(Ⅳ)还原反应速率的影响。结果表明:增加甲醛肟浓度、降低UO22+和H+浓度、增加Fe3+浓度以及升高温度,均使Pu(Ⅳ)还原速度增加;硝酸根浓度对甲醛肟还原Pu(Ⅳ)的速率基本无影响。     

短链羟肟酸对Pu(Ⅳ)的配位、还原及反萃

在λ-19分光光度计上观测了加入甲羟肟酸(FHA)前后Pu(Ⅳ)-硝酸溶液的吸收光谱随时间的变化，并进行了甲、乙羟肟酸(FHA，AHA)对含铀的30％TBP／0K中Pu(Ⅳ)的反萃实验。结果表明：在硝酸溶液中短链羟肟酸能与Pu(Ⅳ)形成比较稳定的配合物，随着溶液放置时间的延长，溶液中的Pu(Ⅳ)逐渐被还原到Pu(Ⅲ)，但该还原过程比较缓慢；在一定条件下，短链羟肟酸能有效地将有机相中的Pu(Ⅳ)反萃到水相，配位剂浓度的增加和反萃酸度的降低有利于短链羟肟酸对Pu(Ⅳ)的反萃。在同样条件下，AHA对Pu(Ⅳ)的反苯效果比FHA好。但这种差别随着配位剂浓度的增加和反萃酸度的降低而变小。     

硅基HDEHP吸附剂对硝酸体系中Zr(Ⅳ)的吸附

以多孔二氧化硅聚合物颗粒为载体,采用真空灌注法合成了一种复合型硅基吸附剂HDEHP/SiO_2-P(二(2-乙基己基)磷酸酯,di-2-ethylhexylphosphoric acid,HDEHP),用于吸附硝酸体系中的Zr(Ⅳ)。通过扫描电子显微镜(SEM)、差热-热重分析(TG-DTA)等手段对吸附剂进行了表征。研究了硝酸体系下,吸附剂对Zr(Ⅳ)的吸附选择性以及时间、温度对吸附性能的影响。结果表明:该吸附剂在一定酸度范围内对Zr(Ⅳ)有良好的吸附选择性;吸附动力学符合准二级动力学模型,吸附平衡时间为15h;吸附等温线符合Langmuir吸附等温线模型;该吸附剂对Zr(Ⅳ)的吸附容量随温度升高而提高,298K时的吸附容量为0.456 mmol/g。HDEHP/SiO_2-P在吸附Zr(Ⅳ)后,用草酸溶液可以有效地将Zr(Ⅳ)解吸下来,解吸率达到98%,解吸的平衡时间在1h以内。     

痕量单一价态钚溶液的制备

建立了痕量Pu(Ⅳ)、Pu(Ⅴ)、Pu(Ⅵ)溶液的制备方法,并跟踪了各价态钚溶液的稳定性。采用TTA选择性萃取Pu(Ⅳ)、HDEHP萃取Pu(Ⅳ+Ⅵ)的方法分析了溶液中钚价态的分布。结果表明,将浓度为10-11 mol/L量级的钚溶液在1mol/L HNO3体系中反复蒸干可制得Pu(Ⅳ)溶液;Pu(Ⅳ)在0.5~1mol/L HNO3-0.1mmol/L KMnO4溶液体系中反应24h,可获得Pu(Ⅵ)溶液;Pu(Ⅵ)避光保存5d后,可得到Pu(Ⅴ)溶液,各单一价态钚溶液的纯度均大于90%。在pH=3.0、0.01mol/L NaCl体系中,各价态均不能稳定存在,因此,所需单一价态钚溶液应新鲜制备。     

Pu(IV)光化学行为研究

本文研究了H~+、NO_3~-对在μ=3的Pu(Ⅳ)高氯酸溶液中的光化学行为的影响。证明NO_3~-对光氧化有较大的影响。在63℃和μ=3时,对Pu(Ⅳ)的热歧化与歧化过程中紫外光的作用进行了比较,结果表明紫外光照射有利于歧化反应的进行,其反应浓度商比避光时在〔H~+〕为1.0、1.5、2.0和3.0mol/L时分别为2.2×01~2;4.15×10~2;1.98×10~2和3.16×10~2倍。 研究了甲醇、乙醇、UO_2~(2+)和Fe(3+)对Pu(Ⅳ)在HNO_3溶液中光化学行为的影响。发现Fe~(3+)的加入可使Pu(Ⅵ)量显著减少,当〔Fe~(3+)〕≥0.038mol/L时,可使Pu(Ⅵ)的生成量由>80％降低到<10％。对Fe~(3+)抑制Pu(Ⅵ)生成的机理进行了初步探讨。     

酰胺类萃取剂从模拟高放废液中分离锕系和镧系元素的研究

研究了酰胺荚醚N,N,N′,N′-四丁基-3-氧-戊二酰胺（TBOPDA）和N-503（N,N′-二乙基庚酰胺）以及TBOPDA与N-503的组合萃取剂在硝酸介质中对U（Ⅵ）、Pu(Ⅳ)、Am(Ⅲ)、Eu(Ⅲ)和其他一些金属离子的萃取行为,稀释剂为40％正辛醇-煤油。用0.075mol/LTBOPDA+0.5mol/LN-503/40%辛醇-煤油为萃取剂,从模拟高放废液中分离U（Ⅵ）、Pu(Ⅳ)、Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)的微型混合澄清槽实验结果表明在A槽,大于99.99％的U（Ⅵ）、Pu(Ⅳ)、Eu(Ⅲ)和Am(Ⅲ)被萃入有机相;在R1槽,U（Ⅵ）被定量反萃,83％的Pu(Ⅳ)和36％的Am(Ⅲ)被反萃入水相;在R2槽中残留的Pu(Ⅳ)、Am(Ⅲ)和Eu(Ⅲ)可被定量反萃下来。该流程可有效提取高放废液中的锕系元素,并可对其进行组分离。     

氨基羟基脲与Pu(Ⅳ)的还原动力学研究

研究了氨基羟基脲(HSC)与Pu(Ⅳ)的还原反应动力学,其动力学方程式为：-d_c（Pu(Ⅳ)）/d_t=kc（Pu(Ⅳ））c^1.06（HSC）c^-0.43（H⁺）c^-0.58（NO₃^-）,在22.1℃时反应速率常数k＝(11.8±1.1)（mol/L）^-0.046•s^-1,活化能为(71.0±1.0)kJ/mol。研究了氨基羟基脲浓度、H⁺浓度、硝酸根浓度、Fe³⁺浓度、UO₂²⁺浓度对氨基羟基脲与Pu(Ⅳ)还原反应速率的影响,增加氨基羟基脲浓度,降低H⁺浓度、硝酸根浓度,Pu(Ⅳ)还原速度增加;UO₂²⁺浓度和Fe³⁺浓度对Pu(Ⅳ)还原速度基本无影响。     

类普鲁士蓝KNiFC无机吸附剂 在离子液体中吸附Cs+

研究了类普鲁士蓝吸附剂K₂NiFe(CN)₆(KNiFC)在室温离子液体(RTILs)中对Cs⁺的吸附,包括吸附动力学、吸附等温线、吸附机理,并且研究了配体N,N,N′,N′-四甲基丙二酰胺(TMMA)、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、亚甲基二磷酸四异丙酯(TIPMBP)以及共存离子U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)对Cs⁺吸附的影响。结果显示：温度为298 K时,Cs⁺的饱和吸附量为40.3 mg/g;温度为338 K时,其饱和吸附量为49.2 mg/g;吸附平衡时间约为18 h。吸附可以很好地用准二级动力学描述,吸附反应为吸热反应。通过对吸附剂进行X射线光电子能谱法（XPS）表征,证明其吸附机理为阳离子交换机理。当Cs⁺、U(Ⅵ)或Th(Ⅳ)共同存在时,会发生吸附竞争。而当在Cs⁺、Th(Ⅳ)或U(Ⅵ)混合溶液中分别加入TMMA、DMF、TIPMBP后,Th(Ⅳ)几乎不被吸附,Cs⁺的吸附量不变;U(Ⅵ)吸附量很小,Cs⁺的吸附量变化不大。当离子液体中Cs⁺、Th(Ⅳ)或U(Ⅵ)共存时,可以通过加入配体来实现类普鲁士蓝KNiFC无机吸附剂对Cs⁺的选择性吸附。     

异丁醛还原Pu(Ⅳ)的动力学研究

在硝酸介质中,研究异丁醛(IBD)还原Pu(Ⅳ)反应的动力学性能和行为,通过考察Pu(Ⅳ)浓度、异丁醛和硝酸浓度等对Pu(Ⅳ)还原反应速率的影响,确定了反应的动力学速率方程。研究温度对速率的影响,求得反应活化能为51.7kJ·mol~(-1)。实验表明,异丁醛是Pu(Ⅳ)较好的还原剂。对还原反应的机理作了推测。     

TODGA-DHOA体系萃取金属离子Ⅱ.对Pu(Ⅲ,Ⅳ,Ⅵ)的萃取

研究了以N,N,N′,N′-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)和N,N-二己基辛酰胺(DHOA)为萃取剂,正十二烷为稀释剂体系对Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)和Pu(Ⅵ)的萃取行为,主要考察了萃取剂浓度、HNO₃浓度和NaNO₃浓度的影响。结果表明：TODGA和DHOA对Pu(Ⅲ)、Pu(Ⅳ)和Pu(Ⅵ)的萃取分配比大小顺序均为：D(Pu(Ⅲ))＞D(Pu(Ⅳ))＞D(Pu(Ⅵ)),TODGA/正十二烷体系中加入DHOA时,对Pu(Ⅲ,Ⅳ,Ⅵ)萃取具有一定抑制作用,但在较高酸度范围内(≥3.0 mol/L HNO₃),不论体系中Pu的价态为何种形式,TODGA均能对其进行有效的回收。TODGA萃取Pu(Ⅲ,Ⅳ,Ⅵ)的方程式分别为： Pu³⁺+3NO^-_3a+4TODGAo→Pu(NO₃) ₃·4TODGAo Pu⁴⁺_a+4NO^-_3a+3TODGAo→Pu(NO₃)₄·3TODGAo PuO²⁺_2a+2NO^-_3a+2TODGAo→PuO₂(NO₃)₂·2TODGAo     

HEDPA反萃TRPO/煤油和TRPO-TBP/煤油中UO22+、Pu(Ⅳ)、Am3+和TcO4-

研究了用两种不同来源的2-羟乙基-1,1-二膦酸(HEDPA)配制的不同硝酸浓度、不同HEDPA浓度的溶液对30 %TRPO(混合三烷基氧膦)/煤油和20 %TRPO-20 %TBP(磷酸三丁酯)/煤油中UO22+、Pu(Ⅳ)、Am3+和TcO4-的反萃.提出了用HEDPA为反萃剂的TRPO流程.     

Pu(Ⅳ)的光化学行为

本文研究了H~+,N0_2~-对在μ=3的Pu(Ⅳ)高氯酸溶液中的光化学行为的影响。证明NO_3~-对光氧化有较大的影响。在63℃和μ=3时,对有无紫外光作用时Pu(Ⅳ)歧化反应进行了比较,结果表明紫外光照射有利于歧化反应的进行,二者反应浓度商的比值在[H~+]为1.0,1.5,2.0和3.0mol/l时分别为2.2×10~3,4.15×10~2,1,98×10~2和3.16×10~2。 还研究了甲醇、乙醇、UO~(2+)和Fe~(3+)对Pu(Ⅳ)在HNO~3溶液中光化学行为的影响。发现Fe~(3+)的加入可使Pu(Ⅵ)量显著减少,当[Fe~(3+)≥0.038mol/l时,可使Pu(Ⅵ)的生成量由>80％降低到<10％。对Fe~(3+)抑制Pu(Ⅵ)生成的机理进行了初步探讨。     

N，N-二(1-甲基-庚基)乙酰胺萃取U(Ⅵ)和Th(Ⅳ)的研究

以N,N－（1－甲基－庚基）乙酰胺（DMHAA）为萃取剂,煤油作稀释剂,研究了水相硝酸浓度、盐析剂浓度、萃取剂浓度对U（Ⅵ）和Th(Ⅳ)萃取分配比的影响,并对其萃取机理进行了初步探讨。研究结果表明。DMHAA可以有效地从硝酸溶液中萃取UO2^2 ,和Th(Ⅳ）。     

pH值对U、Pu的吸附影响

以西南某极低放废物处置库预选场址为研究对象,通过静态模拟实验研究水相pH值对U、Pu在土壤中的吸附影响,结合PHREEQC软件模拟了该地下水溶液中不同pH值下的种态和主要成分。结果表明,水相环境中土壤对U、Pu的吸附约在第13d达到吸附平衡。pH值对土壤吸附能力有较大影响,酸性溶液吸附能力较弱,碱性溶液吸附能力较强。U、Pu在水溶液中的化学种态和主要成分对土壤吸附有一定影响,带电荷的UO_2(CO_3)_2~(2-)、UO_2(CO_3)_3~(4-)和不带电的Pu(OH)_4易与土壤表面的≡Si—OH、Al—OH等表面羟基官能团形成新的络合物,使得土壤的吸附能力增强。     

Pu(Ⅳ)在模拟处置条件下的溶解度

研究了模拟处置条件下Pu(Ⅳ)的溶解行为,测定了Pu(Ⅳ)在北山地下水和去离子水中的溶解度。采用过饱和法,使用低氧手套箱模拟地下无氧环境,利用超过滤实现固液分离,应用低本底液闪谱仪测量液相中钚的放射性活度。结果表明:溶解-沉淀平衡后,无论是在去离子水还是北山地下水中,钚的主要存在价态为+4。Pu(Ⅳ)在北山地下水和去离子水中的溶解度分别为(2.8±0.9)×10-8 mol/L和(1.6±0.8)×10-9 mol/L。通过计算确定了Pu(Ⅳ)在去离子水和北山地下水中的溶解度控制固相为Pu(OH)4(am)。在去离子水体系中,Pu(Ⅳ)的主要存在形态为Pu(OH)4(aq);北山地下水体系中,Pu(Ⅳ)的主要存在形态为Pu(OH)4(aq)和Pu(OH)2(CO3)2-2。     

硅胶吸附去除高放废液中的锆

实验研究硅胶对硝酸体系中Zr、Pu(Ⅳ)的静态吸附和动态吸附行为。在1.0～4.0mol/LHNO₃中，硅胶对Zr的静态吸附容量(以干硅胶计)约为20mg/g，对Pu(Ⅳ)的吸附分配系数为0.7～1.4mL/g。随着料液酸度的降低，硅胶对Zr、Pu的吸附增加。动态吸附实验结果表明，进料酸度为2.0mol/LHNO₃时，硅胶吸附柱的工作容量约为3.5倍柱体积。使用2mol/LHNO₃淋洗液可将吸附Zr、Pu后的硅胶柱中的部分Zr、Pu洗脱，但洗脱不完全。用2倍柱体积的0.2mol/LH₂C₂O₄可将硅胶吸附的Zr、Pu解吸下来。硅胶柱用0.2mol/LH₂C₂O₄解吸后复用6次，Zr的穿透曲线位置相同。     

从含UO2+2、TcO-4的TRPO/煤油和TRPO-TBP/煤油中反萃Pu(Ⅳ)的研究

研究了草酸-硝酸混合液、甲酸、羟基乙酸、酒石酸和柠檬酸等对30 %TRPO(三烷基氧膦)/煤油和20 %TRPO-20 %TBP(磷酸三丁酯)/煤油体系中Pu(Ⅳ)的反萃及对UO22+、TcO4-的影响,选出了可能在高浓度UO22+存在下有效反萃上述两种有机相中Pu(Ⅳ)的反萃剂.     

羟胺乙酸与Pu（Ⅳ）的还原动力学

为了解羟胺乙酸(HAAA)对Pu(Ⅳ)的还原性能,用分光光度法研究了羟胺乙酸与Pu(Ⅳ)的还原动力学,其动力学方程式为:-dc(Pu(Ⅳ))/dt＝kc(Pu(Ⅳ))c1.50(HAAA)c-1.00(H+)c-0.63(NO-3).在15.8 ℃时,k＝(42.1±4.2) (mol/L)-0.13·s-1,活化能为(78.0±1.6) kJ/mol.研究了HAAA浓度、H+浓度、离子强度、Fe3+浓度、UO2+2浓度对HAAA与Pu(Ⅳ)还原反应速率的影响.结果表明:增加HAAA浓度、Fe3+浓度,降低H+浓度、离子强度,Pu(Ⅳ)还原速度增加;UO2+2浓度对Pu(Ⅳ)还原速度基本无影响.HAAA在U-Pu分离中具有良好的应用前景.     

硅基阴离子交换剂吸附Tc(Ⅶ)

主要研究了硅基阴离子交换剂（以下简称SiR₄N）在硝酸溶液中对Tc(Ⅶ)的吸附行为及其影响因素。结果表明,在0.50mol/L HNO₃介质中,SiR₄N对Tc(Ⅶ)的吸附分配系数为370mL/g,吸附平衡时间为35min;机理研究表明,Tc(Ⅶ)主要以TcO^-₄阴离子的形式被SiR₄N吸附;SiR₄N对Tc(Ⅶ)的吸附等温线基本符合Langmuir吸附等温线,属单分子层吸附,吸附热为-18.48kJ/mol;在0.50mol/L HNO₃介质中SiR₄N对Tc(Ⅶ)的静态饱和吸附量为0.30mmol/g(干)。