CN112458283B - 一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法 - Google Patents

一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112458283B
CN112458283B CN202011355501.3A CN202011355501A CN112458283B CN 112458283 B CN112458283 B CN 112458283B CN 202011355501 A CN202011355501 A CN 202011355501A CN 112458283 B CN112458283 B CN 112458283B
Authority
CN
China
Prior art keywords
iii
extraction
ions
actinide
trivalent
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202011355501.3A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112458283A (zh
Inventor
肖成梁
徐雷
杨晓
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Zhejiang University ZJU
Original Assignee
Zhejiang University ZJU
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Zhejiang University ZJU filed Critical Zhejiang University ZJU
Priority to CN202011355501.3A priority Critical patent/CN112458283B/zh
Publication of CN112458283A publication Critical patent/CN112458283A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112458283B publication Critical patent/CN112458283B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B59/00Obtaining rare earth metals
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B60/00Obtaining metals of atomic number 87 or higher, i.e. radioactive metals
    • C22B60/02Obtaining thorium, uranium, or other actinides

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Extraction Or Liquid Replacement (AREA)

Abstract

本发明涉及核燃料循环及废液处理技术领域,具体涉及一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,以式(1)所示的邻菲罗啉氧化磷为萃取剂,与有机溶剂混合形成有机相,从水相中萃取三价镧系和/或锕系离子;所述水相为含有三价镧系和/或锕系离子的酸性溶液;其中,R1为苯基或取代苯基;R2为苯基、C1‑C10的直链烷基或支链烷基。该方法能够从强硝酸水溶液中将次锕系元素和镧系元素高效的萃取分离出来,萃取率最高可达99.9%,在核工业放射性废液尤其是高放废液中实现三价镧系和锕系离子的共分离领域中具有良好的应用前景。

Description

一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的 方法
技术领域
本发明涉及核燃料循环及废液处理技术领域,具体涉及一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法。
背景技术
大力发展核能已成为我国推动能源转型,应对气候变化,遏制全球变暖,减少温室气体排放的重要举措。然而,在核电快速发展的同时也产生了大量的乏燃料,预计2030年我国乏燃料累积产量为13000-14000吨,如何安全有效的处置核电发展过程中产生的乏燃料,已成为限制我国核电可持续发展的关键瓶颈之一。为了将核燃料资源进行最大化利用,减少核废物对环境和人类潜在的长期放射性毒害威胁,实现核能的安全、可持续发展,亟待解决具有长期强放射性锕系元素的分离问题。
尽管采用钚铀萃取法(Plutonium and Uranium Recovery by Extraction,PUREX)流程,可将乏燃料中的绝大部分的铀U和钚Pu(约占乏燃料总量的95%)通过磷酸三丁酯(TBP)/煤油萃取体系进行分离后循环利用。铀和钚分离后剩下的废液(~3.0M硝酸)也就是所谓的高放废液(High active liquid waste,HLW),其中仍含有极少量的Pu和长寿命次锕系元素(如镅Am(III)、锔Cm(III)等,约占乏燃料的0.1%)却是长期放射性和辐射毒害的主要来源,此外高放废液中还有大量的三价镧系元素。
为了解决此问题,国内外学者提出分离-嬗变(Partitioning&Transmutation,P&T)技术来解决这一难题。其策略是先将长寿命的次锕系元素选择性的同其它裂变产物(尤其是中子毒物-三价镧系元素)和腐蚀碎片相分离,然后通过快中子轰击长寿命次锕系元素使其通过核反应转变为短寿命或稳定的核素,从而达到消除其长期放射性危害的目的。由于中子毒物镧系元素与三价次锕系元素在酸溶液中的物理化学性质十分相似(如相似的离子半径、氧化态、电子组态及配位模式),因此直接将锕系元素和镧系元素从高放废液中进行高效分离难度非常大,到目前为止也尚无工业化的镧锕分离流程。
为了降低镧系和锕系从高放废液中进行分离的难度,人们采取两步法来实现分离嬗变的目标。首先第一步采用含有O的配体将三价的次锕系元素Am(III)/Cm(III)以及三价的镧系元素Ln(III)离子进行共同萃取同高放废液中其他裂片元素进行分离,然后再采用含有N或者S的配体实现三价的Am(III)/Cm(III)以及Ln(III)之间的相互分离。本技术发明的目的就是解决三价次锕系元素与镧系元素的共同分离的难题。
目前文献中主要采用酰胺类配体(TODGA)以及TBP混合萃取剂对高放废液中的镧系和锕系元素进行共萃取分离(Modolo,G.;Asp,H.;Schreinemachers,C.;Vijgen,H.Solvent Extr.Ion Exch.2007,25,703-721.)。此类配体虽然对镧系和锕系离子均具有一定的萃取能力,由于需要采用多种萃取剂进行萃取,仍在存在萃取效率低、化学稳定性低、产生二次废物多等缺点仍需要进一步的改进。
发明人在前期研究过程中(CN111431785A)发现邻菲罗啉磷酸酯对三价锕系和/或三价稀土离子具有较好的分离萃取效果,并公开了一种邻菲罗啉氧化磷配体用于三价镧系和锕系元素之间的相互分离萃取,效果良好。但对于三价镧系和锕系元素的分配比并不高,不适用于的三价镧系和锕系元素共分离流程。
发明内容
本发明针对三价镧系和锕系离子的共同分离的难题,提供一种萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,该方法能够从强硝酸水溶液中将次锕系元素和三价镧系元素高效的萃取分离出来,萃取率最高可达99%以上,在核工业放射性废液尤其是高放废液中实现三价镧系和锕系离子的共分离领域中具有良好的应用前景。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:
一种萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,以式(1)所示的邻菲罗啉氧化磷为萃取剂,与有机溶剂混合形成有机相,从水相中萃取三价镧系和/或锕系离子;所述水相为含有三价镧系和/或锕系离子的酸性溶液;
Figure GDA0003420181870000031
其中,R1为苯基或取代苯基;R2为苯基、C1-C10的直链烷基或支链烷基。
本发明中主要针对限制核能可持续发展的乏燃料后处理当中关键环节-分离嬗变过程中长寿命次锕系元素的分离领域,旨在消除长期放射性锕系元素对人类和环境的长期放射毒性威胁。相比于发明人此前研究工作(CN111431785A)中的邻菲罗啉磷酸酯类配体,本专利中主要是利用氧化磷(-P=O(R)2功能基团相对于磷酸酯(-P=O(OR)2)基团对于三价的镧系和锕系的络合能力更强的特点,对CN111431785A中的配体进行改进,以达到提升其镧系和锕系元素的萃取效率。本专利中的邻菲罗啉氧化磷类配体对于三价的镧系和锕系均具有更强的络合能力其对于Am(III)和Eu(III)的萃取分配比D提升了至少5倍以上,更适用于三价镧系和锕系元素的共分离流程。
该发明方法对三价镧系和锕系离子都有极好的萃取效果,所述邻菲罗啉氧化磷的配体具有萃取能力强、萃取速率快的特点,该方法非常适用于在在核工业废液特别是高放废液中分离三价镧系和锕系离子共萃取分离领域中具有良好的应用前景。
所述三价镧系离子包括La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Eu(III)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)和Lu(III)中的一种或多种;
所述三价锕系离子主要包括Ac(III)、Th(III)、Pa(III)、U(III)、Np(III)、Pu(III)、Am(III)、Cm(III)、Bk(III)、Cf(III)、Es(III)、Fm(III)、Md(III)、No(III)和Lr(III)中的一种或多种;
优选地,所述三价镧系离子为La(III)、Eu(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Gd(III)、Ho(III)、Er(III)、Dy(III)、Yb(III)和Lu(III)中的一种或多种。
优选地,所述三价锕系离子为Am(III)和/或Cm(III)。
进一步优选地,所述三价锕系离子为Am(III),所述镧系离子为Eu(III)。
所述取代苯基包括对甲苯基等。
优选地,其中R1为苯基或对甲苯基,R2为苯基、乙基、正丁基、正辛基或叔丁基。本申请中的丁基、苯基等取代基的合成难度降低,可提升其合成的产率,且产物对三价锕系和镧系离子都有极好的萃取效果。
所述有机溶剂包括3-硝基三氟甲苯、硝基苯、煤油或环己酮中至少一种。
所述酸性溶液为硝酸溶液,其中硝酸的浓度为0.01-5mol/L。在核工业放射性废液中多为酸性溶液,本发明中的邻菲罗啉氧化磷在硝酸溶液中体现出对三价镧系和/或锕系离子优异的萃取能力,特别是高浓度下的硝酸溶液,萃取效率更高。
优选地,所述酸性溶液中硝酸的浓度为0.5-4mol/L。酸性水溶液的酸度对萃取率和萃取剂的选择性有着较大影响,酸度过高或过低均对萃取不利。
进一步优选地,其中R1为苯基,R2为正丁基,酸性溶液为浓度为1-4mol/L的硝酸溶液。当R1为苯基,R2为正丁基的邻菲罗啉氧化磷在高浓度的硝酸溶液中,对三价镧系和/或锕系离子具有非常优异的萃取效果,萃取效率高,对三价镧系和锕系离子的萃取率均在99.2%以上,最高可达99.9%。。
更进一步优选地,酸性溶液为浓度为3.5-4mol/L的硝酸溶液,该浓度为高放废液的常规酸浓度。
所述有机相中式(1)所示的邻菲罗啉氧化磷的摩尔含量为0.002-0.01mol/L。邻菲罗啉氧化磷作为萃取剂的含量过低萃取不完全,萃取剂含量过高,在萃取过程中易导致乳化、萃取剂分散不均的现象。
所述的萃取方法中,萃取的时间为本领域常规的萃取时间,通常以达到萃取平衡的时间为终点,优选1s-3h,进一步优选1-2h。在该时间范围内既能保证萃取达到平衡又同时兼顾较高的萃取效率,减少配体接受放射性元素的辐照时间,从而减少由于辐解所产生的二次污染物。
所述的萃取方法中,萃取的温度为本领域常规的萃取温度,优选为15-30℃。该温度下萃取效果良好,在萃取过程中无需对萃取体系进行加热或者降温额外消耗电能。
所述有机相与水相的体积比为0.2-5:1。
本发明提供一种邻菲罗啉氧化磷,其结构式如式(1)所示:
Figure GDA0003420181870000051
其中,R1为苯基或取代苯基;R2为C1-C10的直链烷基或支链烷基。其中邻菲罗啉官能团的配体具有耐辐照分解解、耐强酸水解、且该类配体还具有萃取能力强、萃取速率快等优点,在核工业废液特别是高放废液中分离三价镧系和锕系共萃取分离领域中具有良好的应用前景。
本发明还提供所述的邻菲罗啉氧化磷的制备方法,反应溶剂中,以式(2)所示的化合物与式(3)所示的化合物在催化剂和缚酸剂的作用下,反应获得;
Figure GDA0003420181870000052
其中,X为卤素,R1、R2的定义如上所述。
其反应式可表达为:
Figure GDA0003420181870000061
所述的反应溶剂可谓本领域常规的有机溶剂,本发明优选甲苯、对甲苯。
所述催化剂可为本领域此类反应常规的催化剂,本发明优选为1,1'-双(二苯基膦)二茂铁和/Pd(OAc)2。在这两种催化剂组合时催化效率最好,反应产率较高。
所述缚酸剂可为本领域此类反应常规的缚酸剂,本发明优选Cs2CO3。Cs2CO3碱性较弱,在反应过程中不断与产生的盐酸反应形成盐,又不至于碱性太强使催化剂1,1'-双(二苯基膦)二茂铁(dppf)和醋酸钯失活,保证合成反应的产率。
所述式(2)所示的化合物与催化剂、式(3)所示的化合物和缚酸剂的摩尔比为1:(2-3):(2-4);优选地,所述式(2)所示的化合物与催化剂、式(3)所示的化合物和缚酸剂的摩尔比为1:(2.3-2.5):3。
优选地,所述式(2)所示的化合物与Pd(OAc)2、1,1'-双(二苯基膦)二茂铁、式(3)所示的化合物、Cs2CO3的摩尔比为10:(0.2-0.5):(0.4-1.0):(20-30):(30-40)。
所述邻菲罗啉氧化磷的制备方法中,反应温度为反应溶剂的回流温度。
所述邻菲罗啉氧化磷的制备方法中,反应过程可采用薄层色谱分析(TLC)监测反应进度,以式(2)所示化合物反应完全,停止反应,反应时间优选2-5h。
与现有技术相比,本发明具有以下有益效果:
本发明萃取方法以邻菲罗啉氧化磷为萃取剂萃取三价锕系和/或镧系离子,具有萃取效率高的优点,当在适宜的浓度和条件下三价锕系离子和镧系离子的萃取效率在99%以上。且萃取方法的操作简单,在核工业废液特别是高放废液领域中,尤其是HNO3浓度很高的高放废液中实现三价镧系和锕系元素的共分离领域中具有良好的应用前景。
附图说明
图1为实施例1制备的BuPh-PhenPO的核磁氢谱图。
图2为实施例1制备的Ph2-PhenPO的核磁氢谱图。
图3为实施例3中不同硝酸浓度下萃取Am(III)和Eu(III)的分配比。
图4为实施例4中不同硝酸浓度下萃取Am(III)和Eu(III)的分配比。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。本领域技术人员在理解本发明的技术方案基础上进行修改或等同替换,而未脱离本发明技术方案的精神和范围,均应涵盖在本发明的保护范围内。
以下实施例中,所用原料均为市场所购,其中分配比D为一次萃取完成后平衡有机相中金属离子含量与平衡水相中金属离子含量(平衡水相中金属离子含量通过液闪法检测,然后用差减法求得平衡有机相中金属离子含量)的比值,即
D=Corg/Caq=(C’aq-Caq)/Caq
公式①中,Corg表示一次萃取完成后平衡有机相中金属离子浓度;Caq表示一次萃取完成后平衡水相中金属离子浓度;C’aq表示一次萃取前水相中金属离子浓度。
萃取率E为萃取过程中被萃取物质由水相转入有机相的量占被萃取物质在原水相中总量的百分比,即:
E=100%×(C’aq-Caq)/C’aq
公式②中,Caq表示一次萃取完成后平衡水相中金属离子浓度;C’aq表示一次萃取前水相中金属离子浓度。
分离系数SF是指在一定条件下进行萃取分离时,两种待分离物质在两相间的分配比的比值,又称为萃取分离因数。如,Am(III)相对于Eu(III)的分离系数SFAm(III)/Eu(III)定义为:
SFAm(III)/Eu(III)=DAm/DEu(III)
公式③中,DAm(III)表示DAm(III)的分配比DEu(III)表示DEu(III)的分配比。
实施例1邻菲罗啉氧化磷BuPh-PhenPO的制备
Figure GDA0003420181870000081
以2,9-二氯-1,10-邻菲罗啉(2,9-dichloro-1,10-phenanthroline)作为起始反应物与中间产物丁基苯基氧化膦于无水甲苯溶剂中,在氩气气氛下按照物质量比(1:2.5~1:3.0)进行充分溶解后混合,在乙酸钯、dppf催化作用下并加入K2CO3进行回流反应约7h,采用TLC薄层色谱分析法跟踪反应进程直到原料反应完全。反应得到的混合物经冷却后利用旋转蒸发仪除去溶剂得到粗产品,最后经硅胶柱色谱层析法对得到的粗产物进行分离纯化得到产物BuPh-PhenPO。
如图1所示,BuPh-PhenPO的1H NMR图谱,其中各峰归属为:(500MHz,CD3OD);δ=0.86ppm(m,6H,-CH3);1.44ppm(m,4H,-CH2);1.63ppm(m,4H,-CH2);2.71ppm(m,2H,-CH2);2.85ppm(m,2H,-CH2);7.47ppm(m,2H,-Ar-H);7.52ppm(m,2H,-Ar-H);7.59ppm(t,2H,-Ar-H);8.08ppm(d,2H,-Ar-H),8.11ppm(m,2H,-Ar-H),8.17ppm(m,2H,-Phen-H),8.38ppm(dd,2H,-Phen-H);8.64ppm(m,2H,-Phen-H);图1中δ=4.83和3.30ppm处为CD3OD的质子峰。1HNMR表征结果说明,质子的化学位移和个数表征结果均与BuPh-PhenPO的理论结构相吻合。
实施例2邻菲罗啉氧化磷Ph2-PhenPO的制备
Figure GDA0003420181870000091
以2,9-二氯-1,10-邻菲罗啉(2,9-dichloro-1,10-phenanthroline)作为起始反应物与中间产物二苯基氧化膦于无水甲苯溶剂中,在高纯氩气气氛下按照物质量比(1:2.5~1:3.0)进行充分溶解后混合,在乙酸钯、dppf催化作用下并加入K2CO3进行回流反应约7h,采用TLC薄层色谱分析法跟踪反应进程直到原料反应完全。反应得到的混合物经冷却后先用水洗除去水溶性杂质,经无水硫酸钠干燥除水,然后利用旋转蒸发仪除去溶剂得到粗产品,最后经硅胶柱色谱层析法采用二氯甲烷/乙酸乙酯/甲醇溶液作为淋洗液,对得到的粗产物进行分离纯化得到产物Ph2-PhenPO。
如图2所示,Ph2-PhenPO的1H NMR图谱,其中各峰归属为:(500MHz,CD3OD),1H NMR(500MHz,CD3OD/CCl3D(10/3,v/v),295K):δ=7.30ppm(m,8H,-Ar-H),7.51ppm(t,4H,-Ar-H),7.95ppm(m,8H,-Ar-H),8.07ppm(s,2H,-Phen-H),8.59ppm(dd,2H,-Phen-H);8.64ppm(dd,2H,-Phen-H);图2中δ=4.83和3.30ppm处为CD3OD的质子峰。1H NMR表征结果说明,质子的化学位移和个数表征结果均与Ph2-PhenPO的理论结构相吻合。
实施例3
有机相的制备:将实施例1制备的BuPh-PhenPO溶解于3-硝基三氟甲苯溶剂中制备0.005摩尔/升的BuPh-PhenPO溶液作为萃取实验的有机相;
水相的制备:分别取含示踪量(约为10-9mol/L)的放射性元素素241Am(III)和152, 154Eu(III)的硝酸水溶液,采用去离子水稀释并加入定量的浓硝酸,配制成具有一系列硝酸浓度的水溶液作为萃取的有机相,其硝酸浓度为0.1,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0mol/L;
先分别取0.6mL含有241Am(III)和152,154Eu(III)水相的不同浓度的硝酸水溶液作为萃取过程中的水相,并分别加入到含有磁子的磨口试剂瓶中,充分混合均匀后分别取出100μL含有241Am和152,154Eu(III)的水相溶液置于液闪瓶中,用于分析萃取前水相中的241Am和152,154Eu(III)的放射剂数。
将剩下的含有241Am和152,154Eu(III)的0.5mL的不同浓度的硝酸水溶液分别与0.5mL的0.005摩尔/升的BuPh-PhenPO的有机相进行混合,然后于室温下进行萃取3个小时,达到萃取平衡状态后对混合液进行离心分相,分相后分别取出不同硝酸浓度下萃取后水相各0.1mL溶液并采用液闪法分析萃取前后水相中241Am和152,154Eu(III)的放射计数,分别得到0.1,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0摩尔/升的硝酸浓度条件下,241Am(III)和152,154Eu(III)的萃取率、在萃取后的有机相和水相中的萃取分配比D以及分离系数,结果汇总表1中,其中Am(III)和Eu(III)的萃取分配比与溶液硝酸浓度的关系如图3所示。
从表1可以观察到,在0.1M至4.0M酸度范围内该配体对于Am(III)和Eu(III)具有非常高的萃取效率,而在0.5-4mol/L的浓度下,Am(III)和Eu(III)的萃取效率均达到了99.2%以上,最高的可达99.8%。而通常高放废液的酸浓度一般在3-4mol/L,而本实施例中的BuPh-PhenPO对Am(III)和Eu(III)的萃取效率均达到了99.2%以上,非常适合于从高放废液中实现对镧系和锕系的高效共萃取分离。
表1 BuPh-PhenPO对Am(III)和Eu(III)的萃取实验结果
Figure GDA0003420181870000101
Figure GDA0003420181870000111
从图3和表1可以看出,当硝酸浓度为2.0摩尔/升时,241Am和152,154Eu(III)的萃取效果最好,其241Am和152,154Eu(III)的萃取分配比分别为498.9和266.9,此时241Am和152,154Eu(III)的萃取率高达99.5%以上;当硝酸浓度为4.0M时,241Am和152,154Eu(III)的分配比D值仍然高于110左右,其萃取率大于99.2%,说明该配体在非常高的硝酸浓度下对三价的镧系和锕系仍然具有很强的萃取能力,其非常适合于从高放废液(硝酸浓度为3~4mol/L)中实现对镧系和锕系的高效共萃取分离。
实施例4
有机相的制备:将实施例2制备的Ph2-PhenPO溶解于硝基苯溶剂中制备0.005摩尔/升的Ph2-PhenPO溶液作为萃取实验的有机相;
水相的制备:分别取含示踪量(约为10-9mol/L)的放射性元素素241Am(III)和152, 154Eu(III)的硝酸水溶液,采用去离子水稀释并加入定量的浓硝酸,配制成具有一系列硝酸浓度的水溶液作为萃取的有机相,其硝酸浓度为0.1,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0mol/L;
先分别取0.6mL含有241Am(III)和152,154Eu(III)水相的不同浓度的硝酸水溶液作为萃取过程中的水相,并分别加入到含有磁子的磨口试剂瓶中,充分混合均匀后分别取出100μL含有241Am和152,154Eu(III)的水相溶液置于液闪瓶中,用于分析萃取前水相中的241Am和152,154Eu(III)的放射剂数。
将剩下的含有241Am和152,154Eu(III)的0.5mL的不同浓度的硝酸水溶液分别与0.5mL的0.005摩尔/升的Ph2-PhenPO的有机相进行混合,然后于室温下进行萃取6个小时,达到萃取平衡状态后对混合液进行离心分相,分相后分别取出不同硝酸浓度下萃取后的水相各0.1mL溶液并采用液闪法分析萃取前后水相中241Am和152,154Eu(III)的放射计数,分别得到0.1,0.5,1.0,2.0,3.0,4.0摩尔/升的硝酸浓度条件下,241Am(III)和152,154Eu(III)的萃取率、在萃取后的有机相和水相中的萃取分配比D以及分离系数,结果汇总表2中,其中Am(III)和Eu(III)的萃取分配比与溶液硝酸浓度的关系如图4所示。
同样从表2可以观察到,在0.1M至4.0M酸度范围内该配体对于Am(III)和Eu(III)具有非常高的萃取效率,而在0.5-4mol/L的浓度下,Am(III)和Eu(III)的萃取效率均达到了99.4%以上,最高的可达99.9%。而通常高放废液的酸浓度一般在3-4mol/L,而本实施例中的Ph2-PhenPO对Am(III)和Eu(III)的萃取效率均达到了99.4%以上,非常适合于从高放废液中实现对镧系和锕系的高效共萃取分离。
表2 Ph2-PhenPO对Am(III)和Eu(III)的萃取实验结果
Figure GDA0003420181870000121
从图4和表2可以看出,当硝酸浓度为1.0摩尔/升时,241Am和152,154Eu(III)的萃取效果最好,其241Am和152,154Eu(III)的萃取分配比分别为832.2和403.1,此时241Am和152,154Eu(III)的萃取率高达99.8%以上;当硝酸浓度为4.0M时,241Am和152,154Eu(III)的分配比D值仍然高于160,其萃取率大于99.4%,说明该配体在非常高的硝酸浓度下对三价的镧系和锕系仍然具有很强的萃取能力,其非常适合于从高放废液(硝酸浓度为3~4mol/L)中实现对镧系和锕系的高效共萃取分离。除了应用于高放废液中镧系和锕系的萃取外,该类配体还可用于稀土工业中对镧系元素进行有效分离,因而此类配体具有良好的工业应用前景。

Claims (4)

1.一种萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,其特征在于,以式(1)所示的邻菲罗啉氧化磷为萃取剂,与有机溶剂混合形成有机相,从水相中萃取三价镧系和/或锕系离子;所述水相为含有三价镧系和/或锕系离子的酸性溶液;
Figure FDA0003420181860000011
其中,R1为苯基或取代苯基;R2为苯基、乙基、正丁基、正辛基或叔丁基;
所述三价镧系离子包括La(III)、Ce(III)、Pr(III)、Nd(III)、Pm(III)、Sm(III)、Eu(III)、Gd(III)、Tb(III)、Dy(III)、Ho(III)、Er(III)、Tm(III)、Yb(III)、Lu(III)、Y(III)和Sc(III)中的一种或多种;
所述三价锕系离子包括Ac(III)、Th(III)、Pa(III)、U(III)、Np(III)、Pu(III)、Am(III)、Cm(III)、Bk(III)、Cf(III)、Es(III)、Fm(III)、Md(III)、No(III)和Lr(III)中的一种或多种;
所述酸性溶液为硝酸溶液,其中硝酸的摩尔浓度为0.01-5mol/L;
所述有机相中式(1)所示的邻菲罗啉氧化磷的摩尔含量为0.002-0.01mol/L;
所述有机相与水相的体积比为0.2-5:1。
2.根据权利要求1所述的萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,其特征在于,其中R1为苯基。
3.根据权利要求1所述的萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,其特征在于,所述有机溶剂包括3-硝基三氟甲苯、硝基苯、煤油或环己酮中至少一种。
4.根据权利要求1所述的萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法,其特征在于,其中R1为苯基,R2为正丁基,酸性溶液为摩尔浓度为0.5-4mol/L的硝酸溶液。
CN202011355501.3A 2020-11-26 2020-11-26 一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法 Active CN112458283B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011355501.3A CN112458283B (zh) 2020-11-26 2020-11-26 一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202011355501.3A CN112458283B (zh) 2020-11-26 2020-11-26 一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112458283A CN112458283A (zh) 2021-03-09
CN112458283B true CN112458283B (zh) 2022-04-12

Family

ID=74808929

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202011355501.3A Active CN112458283B (zh) 2020-11-26 2020-11-26 一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112458283B (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114560889B (zh) * 2022-03-10 2023-11-24 浙江大学 一种非对称氧化磷吡啶三嗪类衍生物及其合成方法
CN114635037B (zh) * 2022-03-10 2022-11-25 浙江大学 一种萃取分离三价镧系和/或三价锕系元素的方法

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108017632A (zh) * 2017-11-07 2018-05-11 四川大学 邻菲罗啉衍生的双吡唑萃取剂及其制备方法与用途
CN110894578A (zh) * 2019-11-11 2020-03-20 浙江大学 一种四价钚离子的萃取方法
CN111116581A (zh) * 2019-12-10 2020-05-08 清华大学 2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉类化合物、及其合成方法和应用

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4265862A (en) * 1979-01-25 1981-05-05 Eastman Kodak Company Process for purifying rare-earth compositions using fractional sulfate precipitation
CN1037914C (zh) * 1993-03-04 1998-04-01 清华大学 从生产堆浓缩高放废液中分离锕系元素的方法
EP2451985A2 (en) * 2009-07-07 2012-05-16 Cytec Technology Corporation Processes for recovering metals from aqueous solutions
RU2601554C2 (ru) * 2014-06-09 2016-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Диамиды 4,7-дизамещенных 1,10-фенантролин-2,9-дикарбоновых кислот, способ их получения и экстракционная смесь на их основе
RU2620265C1 (ru) * 2015-11-30 2017-05-24 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова" (МГУ) Ди(3-сульфофенилфосфинил)производные 2,2'-бипиридила, 1,10-фенантролина и пиридина и способ их получения
CN105753861B (zh) * 2016-02-04 2017-05-10 浙江大学 一种邻菲罗啉衍生物及其制备方法和应用
CN111434785B (zh) * 2019-01-14 2021-03-19 清华大学 一种萃取方法、反萃方法、络合物和萃取体系

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108017632A (zh) * 2017-11-07 2018-05-11 四川大学 邻菲罗啉衍生的双吡唑萃取剂及其制备方法与用途
CN110894578A (zh) * 2019-11-11 2020-03-20 浙江大学 一种四价钚离子的萃取方法
CN111116581A (zh) * 2019-12-10 2020-05-08 清华大学 2,9-二酰胺-1,10-邻菲罗啉类化合物、及其合成方法和应用

Also Published As

Publication number Publication date
CN112458283A (zh) 2021-03-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112458283B (zh) 一种邻菲罗啉氧化磷和萃取分离三价镧系和/或锕系离子的方法
CN102430338B (zh) 锂同位素水溶液萃取分离的方法
Fan et al. Highly efficient and selective dissolution separation of fission products by an ionic liquid [Hbet][Tf2N]: a new approach to spent nuclear fuel recycling
CN102994781B (zh) 一种钍的分离纯化方法
CN110894578B (zh) 一种四价钚离子的萃取方法
CN100460057C (zh) 一种同时分离发热元素Cs和Sr的吸附剂及其制备方法和应用
CN109750164B (zh) 用于乏燃料后处理中三价锕系与镧系选择性萃取分离方法
CN103768945A (zh) 一种sol-gel材料萃取分离锂同位素的方法
CN102936237B (zh) 一种杯芳烃及其分离纯化钍的方法
CN105536707A (zh) 一种分离锂同位素的材料及其制备方法和应用
CN111235412B (zh) 萃取分离三价镅与锔离子的方法
CN115522052B (zh) 一种乏燃料后处理高放废液中稀贵金属的回收方法
CN108538417B (zh) 一种直接分离二氧化铀或者乏燃料中稀土元素的方法
CN107958717B (zh) 一种基于协同效应分离三价锕系与镧系离子的方法
CN111434785B (zh) 一种萃取方法、反萃方法、络合物和萃取体系
CN101713026B (zh) 从高放废液中提取钯的方法
Mimura et al. Removal of heat-generating nuclides from high-level liquid wastes through mixed zeolite columns
US10711324B2 (en) Method for removing radioactive element thorium in rare earth mineral
CN113470843A (zh) 生产放射性同位素的方法
CN114635037B (zh) 一种萃取分离三价镧系和/或三价锕系元素的方法
CN112680609A (zh) 一种钚回收离子液体萃取剂及其从含钚废液中萃取分离钚的方法
Qiao et al. Application of supercritical CO2 extraction technology in spent nuclear fuel reprocessing
Rydberg et al. Combination of unit processes for isolating plutonium
CN114752783B (zh) 一种高效分离Sr2+和Cs+的方法
CN114560889B (zh) 一种非对称氧化磷吡啶三嗪类衍生物及其合成方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant