一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法技術

一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，屬于核燃料循環及廢液處理技術領域。該方法使用功能化離子型化合物1-烷基-3-甲基咪唑二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸作為萃取劑，以長鏈烷烴或煤油作為稀釋劑。本發明專利技術在萃取過程中不需要對HC301進行皂化，高選擇性地萃取水相中的三價錒系元素，而三價鑭系元素則不被萃取或萃取率極小，具有較好的應用前景。

【技術實現步驟摘要】
一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法
本專利技術涉及對高放廢液中三價錒系與鑭系離子萃取分離的方法，屬于核燃料循環及廢液處理

技術介紹
核燃料循環過程中會產生大量的放射性廢物。目前，無論是發展核武器還是核能應用過程中都遺留下來了大量的高放廢液，其處理處置問題已成全世界關注的焦點?！胺蛛x-嬗變”法是一個處理高放廢物的先進方法，就是采用化學分離法從高放廢液中把所占比例很小但毒性很大的錒系元素選擇性地分離出來，將殘余的廢液變成非α廢物。三價錒系與鑭系元素的有效分離是實現“分離-嬗變”先進燃料循環的關鍵環節之一。然而，由于三價錒系與鑭系元素的物理化學性質極為接近，其有效分離一直是分離領域的難題之一。在溶劑萃取分離法中，含S、N等軟配體的萃取劑表現出良好的分離性能。1995年，商業試劑Cyanex301被發現能夠從常量鑭系元素中有效分離三價錒系元素，隨后發現其純化產品二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸(HC301)對示蹤量和常量的鑭系元素中的示蹤量的三價錒系都具有非常好的萃取分離效果，并提出了分離工藝(ZhuY.J.etal,Radiochim.Acta,1995,68(2):95-98)。工業上，以HC301-煤油體系萃取分離常量的三價錒系離子時，萃取劑HC301需要根據水相中三價錒系離子的含量以NaOH或NH4OH進行皂化，但皂化產物NaC301或者NH4C301既不溶于水相也不溶于有機相。目前的解決方法是在有機相中加入相修飾劑以提高皂化產物在有機相中的溶解度，保證此萃取體系在設備上的正常運行。然而，由于相修飾劑在水相中的溶解度較大，因此萃取過程中會發生相修飾劑的流失，導致水相的pH變化(Chen,J.etal,Atalante2012InternationalConferenceonNuclearChemistryforSustainableFuelCycles,C.Poinssot,Editor.2012.172-177)。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種利用功能化離子型化合物萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法。本專利技術的技術方案是：1)使用由一種陽離子和一種陰離子構成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用長鏈烷烴類有機化合物或者煤油作為稀釋劑；2)將體積為Vorg的有機相與體積為Vaq的水相混合，其中有機相中萃取劑的濃度不低于3CM·Vaq/Vorg，CM為水相中錒系離子濃度，并調節水相pH為2～5；混合時間至少為5分鐘，兩相分離后，水相中錒系離子被萃入有機相，鑭系離子則不被萃取或萃取率極小。本專利技術所述的功能化離子型化合物中陽離子為1-烷基-3-甲基咪唑陽離子，烷基的鏈長為C6-C10；陰離子為二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸陰離子；所采用的稀釋劑為長鏈烷烴類有機化合物或煤油。優選地，所述的長鏈烷烴類有機化合物的鏈長為C7-C12。本專利技術與現有技術相比，具有以下優點及突出性的技術效果：萃取過程不需要對HC301進行皂化，且體系對三價錒系離子具有高效、高選擇性的萃取性能，具有較好應用前景。具體實施方式下面通過具體實施例對本專利技術的方法進行說明，但本專利技術并不局限于此。下述實施例中所述實驗方法，如無特殊說明，均為常規方法；所述試劑和材料，如無特殊說明，均可從商業途徑獲得。本專利技術使用由一種陽離子和一種陰離子構成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用長鏈烷烴類有機化合物或者煤油作為稀釋劑；所使用的萃取劑為由1-烷基-3-甲基咪唑陽離子(Cnmim,n＝6,8,10，烷基的鏈長為C6-C10)和二(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸陰離子(C301)構成的功能化離子型化合物，使用的稀釋劑為長鏈烷烴類有機化合物(鏈長為C7～C12)或煤油，高選擇性地萃取水相中的三價錒系元素，而三價鑭系元素則不被萃取或萃取率極小。具體實施時，將體積為Vorg的有機相與體積為Vaq的水相混合，調節水相pH為2～5，混合時間至少為5分鐘，兩相分離后，水相中錒系離子被萃入有機相，萃取效率不低于99％，鑭系離子基本不被萃取，萃取效率不高于1％。有機相中萃取劑的濃度不低于3CM·Vaq/Vorg，其中CM為水相中錒系離子濃度。實施過程中，錒系離子選擇Am(III)為代表，鑭系離子選擇Eu(III)為代表。本專利技術所述的錒系元素包括镅和鋦，鑭系元素包括鑭、鈰、鐠、釹、钷、釤、銪、釓、鋱、鏑、鈥、鉺、銩、鐿和镥。實施例1：C6mimC301-十二烷萃取分離Am(III)和Eu(III)。進行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Am、示蹤量的152,154Eu和5mmol/L的Eu(III)，水相pH為2，有機相中C6mimC301的濃度為2mmol/L。兩相混合并攪拌5分鐘后，離心分離，分別取水相和有機相進行放射性檢測，確定Am(III)的萃取率為99.9％，Eu(III)的萃取率為1％。實施例2：C10mimC301-十二烷萃取分離Am(III)和Eu(III)。進行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Am、示蹤量的152,154Eu和5mmol/L的Eu(III)，水相pH為3.5，有機相中C10mimC301的濃度為10mmol/L。兩相混合并攪拌30分鐘后，離心分離，分別取水相和有機相進行放射性檢測，確定Am(III)的萃取率為99.5％，Eu(III)的萃取率為0.5％。實施例3：C6mimC301-煤油萃取分離Am(III)和Eu(III)。進行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Am、示蹤量的152,154Eu、5mmol/L的Eu(III)以及1mol/L的NaNO3，水相pH接近2.5，有機相中C6mimC301的濃度為10mmol/L。兩相混合并攪拌5分鐘后，離心分離，分別取水相和有機相進行放射性檢測，確定Am(III)的萃取率為99.9％，Eu(III)的萃取率為1％。實施例4：C8mimC301-煤油萃取分離Am(III)和Eu(III)。進行萃取實驗時，水相中含有示蹤量的241Am、示蹤量的152,154Eu、5mmol/L的Eu(III)以及1mol/L的NaNO3，水相pH為5，有機相中C8mimC301的濃度為5mmol/L。兩相混合并攪拌30分鐘后，離心分離，分別取水相和有機相進行放射性檢測，確定Am(III)的萃取率為99.7％，Eu(III)的萃取率為0.8％。本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：1)使用由一種陽離子和一種陰離子構成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用長鏈烷烴類或煤油作為稀釋劑；2)將體積為Vorg的有機相與體積為Vaq的水相混合，其中水相pH調節為2～5，有機相中萃取劑的濃度不低于3CM·Vaq/Vorg，其中CM為水相中錒系離子濃度；混合時間至少為5分鐘，兩相分離后，水相中錒系離子被萃入有機相，鑭系離子則不被萃取或萃取率極小。

【技術特征摘要】
1.一種萃取分離高放廢液中三價錒系與鑭系離子的方法，其特征在于所述方法包括如下步驟：1)使用由一種陽離子和一種陰離子構成的功能化離子型化合物作為萃取劑，使用鏈長為C7-C12的長鏈烷烴類有機化合物作為稀釋劑；所述功能化離子型化合物中陽離子為1-烷基-3-甲基咪唑陽離子，烷基的鏈長為C6-C10；陰離子為...

【專利技術屬性】
技術研發人員：孫濤祥，徐超，陳靖，
申請(專利權)人：清華大學，
類型：發明
國別省市：北京;11