甲酸对Cyanex 301萃取分离三价镧锕体系的缓冲作用及机理研究

摘要

三价镧系、锕系元素之间的有效分离，一直是乏燃料后处理领域以及分离领域的难题之一，也关乎着高放废液的妥善处置。纯化的Cyanex301有着良好的三价镧锕分离性能，但也存在一些不足，如萃取体系对酸度十分敏感，需要在一定的pH条件下才能实现高效的分离性能。本论文针对该体系水相酸度易变化、分离性能不稳定的缺点，采用缓冲剂对其进行调控，在缓冲体系的筛选、甲酸体系对Cyanex301分离三价镧锕的影响及相关机理等方面开展了一系列工作，得出的主要结论如下： （1）甲酸的pKa值位于Cyanex301萃取分离三价镧锕离子的最优pH区间（3.5~4.0），缓冲能力强；同时，甲酸根对三价镧锕离子的络合能力较弱，确保了体系对三价锕系离子（Am）足够的萃取能力。 （2）针对甲酸缓冲体系，考查了不同甲酸根离子总浓度及不同pH条件下纯化Cyanex301对Am/Eu的萃取分离性能。甲酸根离子总浓度越大，Am和Eu的分配比越小，但Am/Eu的分离因子在pH3.5~4.0之间可保持在103以上。 （3）选择合适的甲酸浓度，分别在pH3.75和4.00条件下进行了四级试管错流萃取分离Am/Ln(常量镧系)的验证实验。pH3.75时，镧系离子的四级错流总萃取率很低，其中Nd约为0.75%，Eu约为0.15%，但Am总萃取率可以达到99.93%；pH4.00时，镧系四级错流总萃取率依然保持较低水平，其中Nd约为2.3%，Eu约为0.4%，Am大于99.99%。 （4）研究了0~100kGy剂量范围内γ辐照对缓冲萃取体系萃取以及分离性能的影响。当辐照的剂量小于50kGy时，Am和Eu的分离因子大于1000；在10kGy以下时，Am和Eu的分离因子大于3000，且Eu的分配比保持在0.01以下，表明该缓冲萃取体系的耐辐照性能良好，可用于实际情况下的三价镧锕分离。 （5）通过紫外光谱滴定、荧光光谱和荧光寿命、密度泛函理论(DFT)等研究了甲酸根与Nd3+、Eu3+的络合化学。甲酸根与Nd3+形成1∶1和1∶2型络合物；在1-3mol/L离子强度范围内，随着离子强度增大，甲酸根和Nd3+的络合常数增大；荧光测量及DFT结果表明，甲酸根和三价镧系离子趋向于单齿配位，络合过程中每个甲酸根取代1个配位水分子。

目录

声明

符号对照表

第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 Cyanex301分离三价镧锕元素

1.3羧酸类配体与镧系、锕系离子的配位研究

1.4 研究目的和意义

1.5研究内容

1.6研究目标

第2章缓冲体系筛选及甲酸缓冲体系下纯化Cyanex 301对Am3+/Eu3+的萃取分离性能

2.1引言

2.2实验试剂和仪器

2.3 Cyanex 301的纯化与表征

2.4萃取分离实验

2.4.1萃取前的准备

2.4.2 萃取过程

2.4.3 分配比D的计算

2.5 缓冲体系的筛选

2.6缓冲体系下Cyanex 301对示踪量Am/Eu的萃取分离

2.7常量镧系元素存在时缓冲体系下Cyanex 301对Am/Eu的萃取分离

2.8 本章小结

第3章甲酸缓冲体系下纯化的Cyanex 301对Am3+/Eu3+的错流萃取验证及萃取体系辐照稳定性研究

3.1引言

3.2 错流萃取验证实验

3.3 萃取体系的辐照稳定性研究

3.4 本章小结

第4章 甲酸和Nd3+、Eu3+的配位化学研究

4.1引言

4.2 实验部分

4.2.1实验试剂和仪器

4.2.2 实验过程

4.3 紫外光谱滴定结果

4.3.1离子强度为1 mol/L时的光谱滴定

4.3.2离子强度为2 mol/L时的滴定数据

4.3.3离子强度为3 mol/L时的滴定数据

4.3.4络合常数分析

4.4 荧光光谱实验

4.5 密度泛函理论研究甲酸根与Nd的络合化学

4.5.1几何结构

4.5.2络合反应能

4.6 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2展望

参考文献

科研成果

致谢