新型BTP-SiO2-P吸附劑的合成及其從高放廢液中分離次錒系元素的研究.pdf

1、高放廢液（High level liquid waste，HLLW）中的次錒系元素（Minor actinides，MA=Am，Cm等）具有α放射性且半衰期長，是HLLW長期放射性的主要來源之一。將HLLW中長壽命的MA分離并將其嬗變處理成短壽命或穩(wěn)定性核素是減少HLLW體積、降低其長期放射性威脅的根本途徑。由于HLLW中的鑭系元素（Lanthanides，Ln(III)）含量比MA的含量高出一個數(shù)量級，而Ln(III)因具有較大的中子

2、吸收截面，是中子毒物在MA嬗變之前須將其相互分離。但是MA(III)和Ln(III)因具有相近的離子半徑及相同的氧化價態(tài)，化學性質(zhì)十分相近，使得二者的相互分離非常困難，是從HLLW中分離MA過程中的關(guān)鍵性技術(shù)難題。根據(jù)軟硬酸堿理論，MA(III)和Ln(III)均屬于硬酸，但是MA(III)較Ln(III)偏軟，與含有軟配位原子N或S的配體作用力更強，利用含有軟配位原子N或S的配體有望實現(xiàn)MA(III)與Ln(III)的分離。
　

3、　本文對目前較有希望實現(xiàn)從HLLW中分離MA的含N軟配位體R-BTP（2,6-bis(5,6-dialkyl-1,2,4-triazin-3-yl)pyridine,R：alkyl group）進行了改進，以期提高其穩(wěn)定性，設(shè)計并成功合成了新型化合物Me2-CA-BTP，通過真空減壓浸入的方法將其擔持到多孔性二氧化硅高分子聚合物（SiO2-P）載體上，制備了新型Me2-CA-BTP/SiO2-P吸附劑，同時制備了CA-BTP/SiO2-

4、P吸附劑作為對比材料。通過批試吸附實驗從吸附選擇性、動力學、吸附等溫線、熱力學、洗脫性能、化學穩(wěn)定性、耐輻照穩(wěn)定性等方面對吸附劑從HLLW中分離MA進行了系統(tǒng)評價。最后，通過MAREC流程（Minor Actinides Recovery by Extraction Chromatography Process）探討了利用Me2-CA-BTP/SiO2-P吸附劑從模擬HLLW中分離MA工藝技術(shù)的可能性。
　　研究結(jié)果表明，CA-B

5、TP/SiO2-P在0.5-1 M HNO3溶液中，對241Am(III)的吸附率最高達到50%左右，而對152Eu(III)幾乎沒有吸附能力，整體上吸附能力較弱；在0.01 M HNO3-NaNO3溶液體系中，當硝酸根離子濃度為2M時，對241Am(III)的吸附率達到最大，為97%左右，SFAm/Eu達到70；在0.01 M HNO3-1.99 M NaNO3溶液中，CA-BTP/SiO2-P對241Am(III)的吸附在半個小時內(nèi)

6、基本上能達到平衡，吸附率達到95%左右，吸附動力學較快；在0.01 M HNO3-2.99 M NaNO3溶液中，CA-BTP/SiO2-P對Dy(III)和Eu(III)的吸附動力學都符合準二級吸附動力學方程、吸附等溫線都符合Langmur等溫吸附模型且吸附容量均在0.3 mmol/g左右、是自發(fā)進行的吸熱反應(yīng)；吸附在CA-BTP/SiO2-P上的241Am(III)可以直接用H2O、0.001 M HNO3、0.01 M DTPA洗

7、脫下來；此外，CA-BTP/SiO2-P吸附劑具有一定的耐酸穩(wěn)定性，在干燥狀態(tài)下具有良好的耐γ輻照穩(wěn)定性，在0.5 M硝酸溶液中γ輻照會對CA-BTP/SiO2-P吸附劑產(chǎn)生較大的影響，穩(wěn)定性有待提高。
　　相應(yīng)的，在0.01 M HNO3-NaNO3溶液體系中當硝酸根離子濃度在0.1-4 M范圍內(nèi)，及在0.1-3M HNO3溶液中，Me2-CA-BTP/SiO2-P對241Am(III)吸附較好，分離系數(shù)SFAm/Eu在兩位數(shù)以

8、上，具有較好的吸附分離性能；在0.01 M HNO3-0.99 M NaNO3和1 M HNO3溶液中，Me2-CA-BTP/SiO2-P對241Am(III)的吸附在1個小時內(nèi)能達到平衡，吸附率達到98%左右，吸附動力學較快，對Dy(III)和Eu(III)的吸附動力學分別都符合準二級吸附動力學方程、吸附等溫線分別都符合Langmur等溫吸附模型且吸附容量均在0.2 mmol/g左右、是自發(fā)進行的吸熱反應(yīng)；0.01 M DTPA溶液可

9、以將吸附在Me2-CA-BTP/SiO2-P上的241Am(III)洗脫下來；此外，在0.1 M HNO3、0.01 M HNO3-0.49 M NaNO3、0.01 M HNO3-0.99 M NaNO3、1 M和3 M HNO3溶液中，隨著γ輻照吸收劑量的增加，Me2-CA-BTP/SiO2-P吸附性能沒有明顯變化，當γ輻照吸收劑量達到207 kGy時，對241Am(III)仍保持很好的吸附選擇性，具有良好的耐γ輻照穩(wěn)定性。

10、　　此外，連續(xù)的柱分離實驗結(jié)果表明，Me2-CA-BTP/SiO2-P吸附劑能夠從0.01 M HNO3-0.34 M NaNO3和0.1 M HNO3的模擬HLLW中分離241Am(III)，241Am(III)淋洗液中其回收率分別達到99.5%和98.6%，其他裂變產(chǎn)物Ln(III)的含量均低于1%，能夠?qū)崿F(xiàn)241Am(III)與Ln(III)裂變產(chǎn)物的有效分離，基本實現(xiàn)MAREC雙循環(huán)流程的無鹽化；同時，Me2-CA-BTP/Si

11、O2-P吸附劑能夠直接將241Am(III)從3 M HNO3的模擬HLLW中分離出來，241Am(III)的淋洗液中其回收率為95.5%，典型裂變產(chǎn)物的含量基本上低于初始加入量的3%，能夠?qū)崿F(xiàn)241Am(III)與FP的有效分離，適用于MAREC單循環(huán)流程，有望建立先進的MA分離簡化流程。
　　從對241Am(III)的吸附率、適用的硝酸濃度范圍、需要添加的硝酸鈉的量、耐酸和耐輻照穩(wěn)定性的角度出發(fā)，Me2-CA-BTP/SiO2