CN101638722A - 一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。该方法以疏水性离子液体为稀释剂，以辛基苯基－N，N－二异丁基胺甲酰基甲基氧膦为萃取剂，从含铀酰离子的水溶液中萃取得到铀酰离子。采用本发明的方法可以高效地从水相中萃取分离铀酰离子，萃取分配比最高可达10³以上。该方法适用的水相酸度范围大，从中性条件到3M HNO₃均可显著萃取铀酰离子。以离子液体作稀释剂，萃取铀酰离子过程中没有发现乳化等对工艺不利的现象。由于离子液体本身几乎没有挥发性，体系也更为绿色环保。综上，本发明方法在核燃料循环领域具有较好的应用前景。

Description

一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法

技术领域

本发明涉及核燃料循环领域，具体涉及一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。

背景技术

铀是目前核能利用中的一种最主要的核燃料，其开采、提取、分离对于核能的可持续发展意义重大。当前，溶剂萃取是核燃料循环过程中分离提纯铀的一种不可或缺的手段。目前已开发出了各种针对铀的液-液萃取流程，如Purex流程等。不过，这些液-液萃取流程都会使用到例如煤油等具有一定挥发性的有机溶剂，同时单次萃取效率也不是很高，通常需要进行多级萃取。铀酰离子是铀在水溶液中存在的一种主要化学形态，以离子液体代替有毒、易燃、易挥发的有机溶剂用于铀酰离子的萃取分离，不但可能得到较高的萃取分离效率，而且对环境危害小。

离子液体是一类完全由阴阳离子组成且在室温或相近温度下呈液态的有机化合物。与其它溶剂相比，离子液体具有很多特点，如无毒、无显著蒸气压、对环境友好、无可燃性、熔点低且液态区间宽、热稳定性好、可溶解多种有机物及无机物等，因此被誉为“绿色溶剂”。以离子液体作为溶剂用于铀酰离子的萃取分离已有一些报道，例如，Visser等(Visser A.E.，et al，J Solid State Chem，2003，171，109.)用1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐(C₄mimPF₆)作溶剂，以辛基苯基-N，N-二异丁基胺甲酰基甲基氧膦(CMPO)和磷酸三丁酯作萃取剂从酸性溶液中萃取Am³⁺，Th⁴⁺，UO₂ ²⁺等离子，在相同条件下，其分配比要比使用正十二烷为溶剂时高。Dietz等对磷酸三丁酯在离子液体中萃取铀酰离子的机理进行了研究(Dietz M.L.，et al，Talanta，2008，75，598.)。褚泰伟等(褚泰伟等，核化学与放射化学，2007，29，146.)研究了磷酸三丁酯在一系列离子液体中对铀酰离子的萃取行为及反萃方法。

总体上，目前应用离子液体体系萃取分离铀酰离子的报道不多，且在所报道的研究中，体系对铀酰离子的萃取率都不是很高，特别是使用传统萃取剂磷酸三丁酯时，往往需要维持溶液的高酸度才能对铀酰离子具有一定的萃取作用。

发明内容

本发明的目的是提供一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。

本发明所提供的从水相中萃取分离铀酰离子的方法，是以疏水性离子液体为稀释剂，以辛基苯基-N，N-二异丁基胺甲酰基甲基氧膦(CMPO)为萃取剂，从含铀酰离子的水溶液中萃取得到铀酰离子。

其中，所述疏水性离子液体是由一种阳离子和一种阴离子构成的离子化合物；其中，所述阳离子选自C₁-C₈烷基取代的甲基咪唑阳离子中的任意一种，所述阴离子选自双三氟甲烷磺酰亚胺离子。

所述疏水性离子液体具体可选自下述至少一种：C₂mimNTf₂、C₄mimNTf₂、C₆mimNTf₂、C₈mimNTf₂。

采用本发明方法萃取铀酰离子时，通常CMPO与疏水性离子液体的配比在0-0.2mol∶1L(不包括0mol∶1L)的范围内，即可实现对多数含铀酰离子水相中UO₂ ²⁺的萃取；综合萃取效率和经济因素，通过试验发现，CMPO与疏水性离子液体的优选配比为0.03-0.1mol∶1L。

本发明中，含铀酰离子的水溶液中铀酰离子可为任意浓度，一般情况下，被萃水相中铀酰离子的浓度为0-0.02mol/L；当水相中铀酰离子的浓度较高时，可相应提高CMPO的浓度来实现对铀酰离子的高效萃取。且该含铀酰离子的水溶液中除含铀酰离子外，还可包含其它各种离子或化合物，如不同浓度的钠、钾等干扰离子以及硝酸等。

本发明中，离子液体萃取相与被萃水相的比例无特别限制，两者的体积比可为任意比例。萃取温度可为任意温度，对萃取时间、萃取工艺及设备也均无特别限制。

本发明提供了一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法。该方法以CMPO和1-烷基-3-甲基咪唑双三氟甲烷磺酰亚胺(C_nmimNTf₂类)离子液体组合，得到了对铀酰离子具有高效萃取性能的萃取体系。利用该萃取体系可以从各种不同条件的含铀酰离子的水相中高效萃取铀酰离子，中性或接近中性条件下，通过一次萃取铀酰离子的分配比最高可达10³以上。本发明中使用离子液体作为稀释剂，大大提高了体系对铀酰离子的萃取能力。由于不使用挥发性溶剂，体系也更为绿色环保。该萃取体系对水相酸度的适应范围广，从中性条件到3M HNO₃均可显著萃取铀酰离子。该方法在核燃料循环领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1为实施例1中C₂mimNTf₂对含铀酰离子的水溶液中铀酰离子的萃取率与CMPO浓度的关系示意图。

图2为实施例2中CMPO分别在C₂mimNTf₂、C₄mimNTf₂、C₆mimNTf₂离子液体中对含铀酰离子的水溶液中铀酰离子的萃取率与水相中硝酸浓度的关系示意图。

具体实施方式

下述实施例中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法；所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。

下面结合附图，通过以下实施例进一步说明本发明，但不以任何方式限制本发明的范围。

实施例1、从中性含铀酰离子的水相中萃取UO₂ ²⁺

进行铀酰离子萃取实验时，取0.5ml含有一定量CMPO(购自美国STREM公司，商品号：15-3500)的离子液体和1.0ml含有一定量铀酰离子和其它离子或化合物的水相，充分混合，然后振荡30min，离心分相后取上层水相分析铀酰离子的浓度(偶氮胂III法)，有机相铀酰离子浓度以差减法求得，由此求得萃取率E或分配比D。

以含不同浓度CMPO的C₂mimNTf₂对含铀酰离子([UO₂ ²⁺]＝0.01mol/L)的水溶液中铀酰离子进行萃取，结果见表1。

表1

以表1中铀酰离子萃取率(E/％)与CMPO浓度作图，结果见图1。

由图1可知，在中性条件下，随着C₂mimNTf₂中CMPO浓度不断增加，体系对铀酰离子的萃取率不断提高。当CMPO浓度达到0.03mol/L时，对0.01mol/L铀酰离子的萃取率即可超过99％，同时铀酰离子的萃取分配比高达10³以上。

实施例2、从酸性含铀酰离子的水相中萃取UO₂ ²⁺

本实施例中所采用的含铀酰离子的水相为酸性，不含其它干扰离子。

采用含CMPO浓度为0.020mol/L的C_nmimNTf₂离子液体对不同酸浓度水相中铀酰离子([UO₂ ²⁺]＝0.005mol/L，硝酸浓度为0-3mol/L)进行萃取，萃取率均基本大于70％。结果见表2。

表2

以表2中铀酰离子萃取率(E/％)与水相中硝酸浓度作图，结果见图2。

由图2可知，含0.02mol/L CMPO的不同离子液体萃取0.005mol/L铀酰离子时，萃取率随水相中硝酸浓度的变化而变化。具体来说，对于C₄mimNTf₂、C₆mimNTf₂体系，增加水相硝酸浓度，整体上使铀酰离子的萃取率增加。对于C₂mimNTf₂体系，随着硝酸浓度的增加，C₂mimNTf₂体系对铀酰离子的萃取率有所下降，并在硝酸浓度为0.5mol/L时达到最小值，当硝酸浓度继续增加时，体系对铀酰离子的萃取率又开始逐步上升。总体而言，CMPO/C_nmimNTf₂离子液体体系可以在一个较大的酸度范围内对铀酰离子进行萃取。

含有0.1mol/L CMPO的C₂mimNTf₂可以从含有0-2mol/L硝酸的水相中将0.01mol/L铀酰离子定量萃取。萃取平衡后，采用偶氮胂III法检测不到水相中铀酰离子的存在。

实施例3、从含铀酰离子和钠、钾等干扰离子的水相中萃取UO₂ ²⁺

以0.02mol/L CMPO/C₄mimNTf₂萃取0.005mol/L UO₂ ²⁺体系为例，当水相中含0.05mol/L～0.5mol/L的无机盐NaNO₃或KNO₃时，体系对0.005mol/L铀酰离子的萃取率在72-76％之间(具体见表3)，略小于无机盐不存在时体系对铀酰离子的萃取率(79％)，说明NaNO₃或KNO₃对体系萃取铀酰离子影响很小。

表3

Claims (3)

1、一种从水相中萃取分离铀酰离子的方法，其特征在于：以疏水性离子液体为稀释剂，以辛基苯基-N，N-二异丁基胺甲酰基甲基氧膦为萃取剂，从含铀酰离子的水溶液中萃取得到铀酰离子。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述疏水性离子液体是由一种阳离子和一种阴离子构成的离子化合物；所述阳离子选自C₁-C₈烷基取代的甲基咪唑阳离子中的任意一种，所述阴离子选自双三氟甲烷磺酰亚胺离子。

3、根据权利要求2所述的方法，其特征在于：所述疏水性离子液体选自下述至少一种：C₂mimNTf₂、C₄mimNTf₂、C₆mimNTf₂和C₈mimNTf₂。

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