铀在离子液体中的物种及电化学行为研究进展

总结了近年来离子液体用于铀的水法及干法后处理相关的基础研究成果,主要内容包括铀在离子液体中的存在物种及电化学行为研究,归纳和分析了其中关键的科学问题。同时,基于当前的研究现状展望了离子液体在铀的净化分离方面的应用研究前景。     

特丁基肼还原Np(Ⅵ)的动力学研究

用分光光度法研究了硝酸体系中特丁基肼还原Np(Ⅵ )的动力学。考察了特丁基肼浓度、酸度、NO-3 浓度、UO2 + 2 浓度、Fe3 + 浓度以及温度等对反应速率的影响。求出了反应动力学方程 :-dc(Np(VI) ) /dt =kc(Np(Ⅵ) )c0 .9(TBH) /c0 .75(H+ )。 2 5℃时的速率常数 :k=5 .4 4 (mol/L) -0 .15·min-1。反应的表观活化能 :Ea=6 1.2kJ/mol。在所研究的浓度范围内 ,NO-3 ,UO2 + 2 ,Fe3 + 对反应速率影响较小 ;而升高温度能显著提高反应速率     

LiCl熔盐中直接电解还原制备Ce-Ni/Zn/Bi合金

在923K、LiCl熔盐中,通过两电极体系直接电解还原CeO_2-5NiO、CeO_2-2.5Bi_2O_3、CeO_2-5ZnO三种混合氧化物制备相应的金属间化合物。从热力学上计算了3种混合氧化物的理论分解电压,并采用循环伏安法研究其电化学行为,验证了电解还原的可行性。结果表明,3种混合氧化物分别在3.2V被直接电解还原4h,NiO、Bi_2O_3、ZnO均能在CeO_2发生还原反应前生成对应的金属单质,然后促进CeO_2还原。得到的电解产物分别为CeNi_5/Ni、CeBi/Bi、CeZn_5/Ce_3Zn_(22)/CeZn_3。3种电解产物的微观形貌分别为絮状、堆积状和块状。     

Ni、Fe杂质在LBE中的化学行为的深度势能分子动力学研究

液态铅铋共晶(LBE)与结构材料的相容性,是其在先进反应堆中应用的难题之一。实验方法研究材料腐蚀产生的杂质原子在LBE中的扩散性质等化学行为较为困难,而传统的理论计算包括密度泛函理论(DFT)和经典分子动力学(MD)方法分别存在模拟尺度与模拟精度的限制。为了解决这一问题,本文采用近年提出的基于DFT计算、机器学习和深度神经网络的深度势能(DP)力场训练方法。该方法通过DFT计算生成数据集进行深度学习,得到能准确描述原子间作用力的DP模型。使用DP模型进行MD模拟,既能具有DFT的精度也能进行大体系和长时间尺度的模拟。本文研究了杂质原子Ni、Fe在LBE中的微观结构和扩散系数,同时计算了LBE的密度、热容、黏度等热物理性能参数。结果表明,杂质原子与Bi原子有更强的作用力,温度升高,原子间的作用力减小,两种杂质原子有着相似的配位情况,但Ni原子的配位数(CN)分布较为分散,Fe的CN较为集中,Ni相对于Fe在LBE中有更快的扩散速度。预测的密度、热容、黏度等热物理性能参数与实验结果吻合良好,并且优于经典力场MD的结果。     

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。     

磷酸酯功能化介孔硅材料对钍（Ⅳ）的吸附性能

钍作为潜在的核能资源,其净化富集对未来核能发展具有重要的研究价值。本文利用静态批式方法研究磷酸酯功能化介孔硅材料（NP10）对Th(Ⅳ)的吸附行为,考察Th(Ⅳ)起始浓度、pH、吸附时间、离子强度、固液比以及温度等对吸附的影响。实验结果表明,在（14±1）℃（室温）条件下,NP10对Th(Ⅳ)的吸附30min即达到平衡,最大吸附容量为149mg/g。当吸附温度升至40℃时,吸附容量可进一步增加到192mg/g;pH对吸附的影响较大,当pH在0.9～4范围内时,NP10对Th(Ⅳ)的吸附容量随着pH增大而显著增大;相比而言,溶液离子强度对吸附影响不大;此外,固液比对吸附影响很大,随着吸附剂用量增加,NP10对Th(Ⅳ)的吸附效率逐渐增加并趋于100%。     

DHDECMP-TBP/煤油萃取模拟高放废液中锕系元素工艺研究

采用国产的双官能团萃取剂N,N-二乙胺甲酚甲撑膦酸二已酯（DHDECMP）、磷酸三丁酯（TBP）及煤油（OK）组成的混合体系在微型离心萃取器（转鼓φ10mm）串联台架上进行了从模拟高放废液中去除锕系元素的工艺条件研究。采用6级萃取,2级洗涤,6级反萃。流     

铝合金化技术在乏燃料干法后处理中的应用研究进展

干法后处理在未来先进核燃料循环中将发挥关键作用。由美国开发的熔盐电精炼流程是目前最具应用前景的干法后处理流程之一,但是锕系元素(An)与镧系元素(Ln)的高效分离仍然是该流程目前亟待解决的关键科学与技术问题之一。研究表明,An与Ln形成铝合金时沉积电位差较大,采用固态铝电极电解有望实现An与Ln的有效分离,从而更好地服务于分离-嬗变策略。本文针对铝合金化技术在乏燃料干法后处理中的应用研究进展进行综合阐述,重点介绍铝合金化在熔盐电精炼中的应用研究,主要包括Ln和An的铝合金化行为、An和Ln的铝合金化分离等几个方面。     

U(Ⅵ)的还原固定研究进展

铀是重要的天然放射性元素，也是最重要的核燃料。在铀矿选冶、核能发电及乏燃料后处理等过程中会产生一定量的含铀废水，对生态环境和人类健康造成潜在威胁。将易溶的U(Ⅵ)还原为难溶的U(Ⅳ)是处理含铀废水的常用方法之一。本文综述了三种常见的U(Ⅵ)还原方法，即零价铁还原、微生物还原及光催化还原，比较了三种方法的优缺点并对其未来应用前景进行了展望。