La、U在離子液體中電化學(xué)行為及電沉積研究.pdf

1、乏燃料的后處理是核裂變能可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵，其主要目的是回收乏燃料中的鈾(U)、钚(Pu)等錒系元素。其中，干法處理不使用水溶液，具有放射性廢物排放少、臨界風(fēng)險(xiǎn)低、耐輻照等優(yōu)點(diǎn)而成為目前研究的重點(diǎn)技術(shù)。熔鹽電解技術(shù)是干法處理中最有希望替代濕法處理的技術(shù)之一，但其電解溫度要高于堿金屬氯化物共晶鹽熔點(diǎn)，一般在800K以上，需要在惰性氣氛及高溫下操作，對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。離子液體具有電化學(xué)窗口寬、低熔點(diǎn)、低蒸汽壓、熱穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)，有望替代高溫熔鹽

2、用于乏燃料干法回收。然而，國(guó)內(nèi)外關(guān)于錒系元素（鈾、钚等）在離子液體中的電化學(xué)行為及電沉積研究報(bào)道較少。因此，本課題先通過鑭作為鈾的替代元素，進(jìn)行了含La(Ⅲ)離子液體的合成、電化學(xué)行為及電沉積的研究，并進(jìn)一步開展了鈾在離子液體中的電化學(xué)行為及電沉積研究。主要的研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　1.合成了含La(Ⅲ)及U(Ⅳ)離子液體N-甲基-N-丙基哌啶雙（三氟甲基磺酰）亞胺(MPPiNTf2)，測(cè)試了MPPiNTf2電化學(xué)窗口及電導(dǎo)率。

3、分別通過La2O3及UO2與雙（三氟甲基磺酰）亞胺(HNTf2)反應(yīng)，合成有機(jī)鹽La(NTf2)3及U(NTf2)4，再將有機(jī)鹽與MPPiNTf2混合配制含La(Ⅲ)及U(Ⅳ)離子液體。電導(dǎo)率測(cè)試表明，MPPiNTf2的電導(dǎo)率隨溫度的升高而增加，隨著溶質(zhì)濃度的增加，先增加后減小;循環(huán)伏安曲線表明，MPPiNTf2具有較寬的電化學(xué)窗口，達(dá)到了4.9V(vs.Pd)。
　　2.研究了La(Ⅲ)在離子液體MPPiNTf2中的電化學(xué)行為并

4、實(shí)現(xiàn)了鑭的電沉積。La(Ⅲ)在MPPiNTf2中鉑電極上還原到金屬態(tài)，是單步三電子轉(zhuǎn)移的不可逆過程，其峰值電位在-2.8V(vs.Pd); La(Ⅲ)在MPPiNTf2中的擴(kuò)散能力較差，擴(kuò)散系數(shù)隨著溫度的升高而增大，308、323K的擴(kuò)散系數(shù)分別為4.8×10-8、2.88×10-7cm2/s，擴(kuò)散系數(shù)受溫度的影響比較大，相應(yīng)活化能為99.4kJ/mol;在-2.9、-3.0、-3.1V電位條件下分別沉積出了金屬鑭，其晶粒大小隨著沉積電