CN114107667A - 基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离体系及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离体系及方法。该体系包括：料液区、渗透区以及用于分隔料液区和渗透区的分离膜；在料液区中采用氧化剂将锕系离子氧化为锕酰离子，料液区中的氧化剂和锕酰离子被分离膜截留在料液区，而料液区中的镧系离子不断地穿过分离膜扩散至渗透区水相并经萃取剂萃取到有机相中，同时渗透区的有机相不会扩散至料液区。本发明将氧化、筛分及萃取三个不同模块有效结合起来，通过氧化、筛分及萃取三者耦合联动的方式，高效、稳定地实现了镧锕系元素组分离。

Description

基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离体系及方法

技术领域

本发明涉及核燃料循环及废液处理技术领域，特别是涉及一种基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离体系及方法。

背景技术

在核能的利用过程中会产生大量的乏燃料，其有效处理处置是确保核能可持续发展的关键因素之一。目前，GANEX(Group ActiNides EXtraction)流程作为面向第四代核电系统的后处理方案，其目标是实现锕系与镧系元素的一次性组分离。

目前已有且较成熟的用于相关领域的分离技术包括溶剂萃取法和固相吸附法。对于前者，往往需要通过几十甚至上百级的逆流萃取才能实现较高纯度的镧锕系元素回收。整个流程会耗费大量有机试剂，产生二次废物，在增加处理成本的同时亦加大了环境保护的压力。相比于前者，固相吸附法虽可一定程度上降低对环境的污染，但存在吸附容量不足、难以连续化操作等局限，这些因素成为该方法进一步实现工业化应用的掣肘因素。另外，目前关于镧锕系元素分离主要侧重于单一元素之间，对于镧/锕组分离的研究较少。同时，已有的组分离研究结果普遍面临锕系去除不完全，分离因子不高等问题。因此，开发新型全面、高效、稳定的镧锕系组分离体系及方法十分必要。

发明内容

本申请发明人认识到锕系元素往往具有多变的价态(III/IV/V/VI价)，会与放射性废液中III/IV价的镧系元素交错共存；因此，仅依靠元素间的价态差异进行镧锕组分离十分困难。研究发现：锕系元素可被强氧化剂氧化为具有高位阻结构的VI价锕酰离子，而镧系离子始终为非位阻(III/IV价)形态，这暗示了镧锕元素组分离可通过离子构型差异得以实现；然而，在采用常规溶剂萃取方法进行分离时，具有还原性的有机相会将部分VI价锕酰离子还原为非位阻III/IV价形态，导致分离效果降低甚至丧失。基于此事实，发明人设想，如果选取具有部分离子通透性的分离膜将有机相与水相分隔开，在确保具备离子筛分功能的同时避免VI价锕酰离子与有机相直接接触，降低其被还原的可能性，从而有希望实现镧锕系元素组的分离。根据上述分析，发明人经过不断研究、调试，最终得到了本发明镧锕系元素组分离体系及方法。本发明将氧化、筛分及萃取三个不同模块有效结合起来，构建了一种氧化-筛分-萃取的耦合分离体系。通过三个部分的耦合联动，实现了镧锕系组元素全面、高效、稳定地分离。

本发明的上述目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的一个方面，本发明提供的一种基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离体系，包括：料液区、渗透区以及用于分隔料液区和渗透区的分离膜。其中，所述料液区中装有含氧化剂以及待分离镧锕系金属离子的硝酸水溶液，所述氧化剂用于氧化锕系离子；所述分离膜为筛分非位阻和高位阻离子的膜材料；所述渗透区中装有与料液区同酸度的硝酸水溶液和含有用于萃取镧系离子萃取剂的有机相。

可选的，还包括搅拌组件，用于对料液区和渗透区中溶液进行搅拌。

根据本发明的另一个方面，本发明提供的一种镧锕系组分离方法，所述方法采用氧化、筛分及萃取相耦合的方式实现镧锕系元素组分离，包括：搅拌料液区和渗透区中溶液，料液区中的氧化剂将待分离组分中的锕系离子氧化为锕酰离子，所述锕酰离子和氧化剂被分离膜截留在料液区，而料液区中的镧系离子不断地穿过分离膜扩散至渗透区水相，并经萃取剂萃取到有机相中，同时，渗透区有机相不会透过分离膜扩散至料液区。进一步地，渗透区有机相所包含的尺寸较大的有机物不会透过分离膜扩散至料液区。

可选的，搅拌时间为12h～24h。

可选的，所述分离膜为可供镧系离子通过且能阻挡所述氧化剂、锕酰离子以及渗透区有机物的膜材料。所述分离膜可以通过对选自可人为调控孔径或层间距的亚纳滤膜、纳滤膜或反渗透膜采用干燥、浸渍和/或酸溶胀得等调控方法调控得到的所需筛分功能的分离膜。例如经在酸溶液中浸泡后得到的氧化石墨烯膜，层间距大于镧系离子水合半径且小于锕酰离子水合半径。

可选的，所述含镧锕系金属离子的待分离组分中，锕系元素包括：铀、镎、钚和镅中一种或几种；镧系元素包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中一种或几种。

可选的，加入待分离组分后，所述料液区中是含有氧化剂和金属离子的硝酸水溶液。其中，所述氧化剂为高位阻的氧化剂，进一步地所述高位阻氧化剂为具有酰氧结构的高价离子。更进一步地所述氧化剂可以包括过硫酸盐、铋酸盐、高锰酸盐、重铬酸盐中的一种或几种。需要说明的是，所述氧化剂虽然可以氧化镧系中某元素但是对本发明分离效果无影响，所以，本发明中所述氧化剂主要作用是用于氧化锕系离子。

可选的，料液区硝酸溶液浓度可以为0.001mol/L～14mol/L，优选地，可以为0.001mol/L～4mol/L，例如具体可以为0.01mol/L、1mol/L、2mol/L、3mol/L等。

可选的，料液区氧化剂(溶于硝酸后)的浓度可以为1×10^-3mol/L～1×10^-1mol/L，例如可以为1×10^-2mol/L。

可选的，所述渗透区中的有机相为包含有萃取剂和稀释剂的有机溶液。其中，所述萃取剂为可萃取III/IV价离子的萃取剂，进一步地，可萃取镧系离子的萃取剂，例如萃取剂可以为酰胺荚醚类萃取剂、中性磷氧类萃取剂或磷酸类萃取剂。所述稀释剂包括脂肪族、芳香族化合物中任意一种或几种混合。其中，几种稀释剂混合的比例不做具体限定，一般任意比例都可以。更具体地，例如可以为N,N,N’,N’-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)/正十二烷，三烷基氧磷(TRPO)/甲苯，二-(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)/正辛醇等。渗透区中硝酸溶液酸度与料液区中相同。有机相浓度可以为1×10^-2mol/L～1mol/L，例如可以为0.1mol/L、0.5mol/L、1mol/L等。

可选的，渗透区硝酸溶液和有机相溶液总体积与料液区溶液体积相同。进一步地，渗透区硝酸溶液与有机相溶液体积比可以为1:5～5:1；优选1:1～2:1。通过有效控制硝酸溶液与有机相比例，在确保较高的传质速率的同时(对应分离效率)，有利于提升传质比例(对应分离效果)。

本发明将氧化、筛分及萃取三个不同模块有效结合起来，构建了一种氧化-筛分-萃取的耦合分离体系。通过三者耦合联动，协同作用，实现了镧系、锕系元素的全面、高效、稳定分离。本发明在先进核燃料循环领域具有较好的应用前景。

本发明中，在料液区采用高位阻的氧化剂将锕系离子氧化为高位阻的锕酰离子。选取具有筛分功能的分离膜，确保非位阻镧系离子可从料液区扩散至渗透区，同时能够将氧化剂和锕酰离子截留在料液区中；在渗透区中引入含有萃取剂的有机相，通过分离膜的阻隔避免其与料液区溶液直接接触，同时，萃取剂可将扩散至渗透区水相的镧系离子萃取至有机相。在此作用机制下，料液区与渗透区之间始终存在离子浓度差，在料液区与渗透区之间的离子浓度梯度作用下，料液区中的镧系离子不断地向渗透区扩散，从而实现与锕酰离子的有效分离。

与现有技术相比，本发明具有以下优点及突出性的技术效果：

1)相比于传统萃取方法，本发明所构建体系在保留萃取功能的前提下，有效实现了不稳定VI价锕酰离子的长期形态恒定，从而确保分离过程的高效、稳定进行。这主要归因于氧化氛围的维持以及还原性有机相与VI价锕酰离子的接触阻隔。一方面，高位阻的氧化剂不会跨膜传质到渗透区，即，始终被截留在料液区与锕系离子共存，从主观上提供了锕系离子被持续氧化的基础。另一方面，有机相尤其是尺寸较大的有机物同样不会穿过分离膜进入料液区，从客观上避免了其对VI价锕酰离子的接触还原。

2)本发明不同于以往任何单一的分离模式，如萃取法或膜分离法，更不是借助于已有经验在某一成熟分离方案基础上进行简单改进，而是创新地将氧化、筛分及萃取三个不同模块有效结合起来构建的氧化-筛分-萃取的耦合分离体系。该体系的构建是在充分评估氧化、筛分、萃取三个模块各自性质的前提下，选择能够发挥各模块最优性能的交集区间，同时结合分离膜-筛分离子双重调控机制，协同作用，从而实现镧锕系离子高效组分离。三个模块缺一不可，只有在三者皆表现出良好性能的区间同时发挥作用时，才能得到显著的分离效果。

3)相比于传统膜分离方法，本发明所构建体系存在双重人为调控机制，即，对分离膜孔径/层间距的调控和对离子尺寸的调控。传统膜分离方案仅仅是采用固定形貌、孔径、层间距的分离膜对已知且固定尺寸的分子/离子进行筛分，该方案存在使用范围局限、制备/人力成本较高、分离效率不足等缺陷以及随机性较大等特点。在本方案中，一方面，发明人根据膜材料的理化性质，通过干燥、浸渍、酸溶胀等手段精细调控分离膜的孔径或层间距，即，改变筛分尺度；另一方面，通过氧化还原等方式调整待筛分物质的形态、尺寸。通过双重人为调控，极大程度地降低了筛分过程的盲目性和不确定性，增强了目的性和主观能动性，使筛分过程的主(分离膜)、客(待分离物质)体相互协调，从而实现原本无法达到的分离效果。为了方便理解，下面以氧化石墨烯膜筛分镧锕系离子的过程为例对本发明双重调控机制做详细说明，但需要说明的是，本发明分离膜并不限于此，例如，对于氧化石墨烯膜，其石墨烯片层间距在不同条件下变化范围较大

而镧锕系离子的水合半径普遍分布于

二者尺度相互交错。更重要的是，同为三、四价的镧锕系离子水合半径接近

几乎无法区分。显然，未经处理的膜材料无法实现常规状态下镧锕系离子组分离。而将氧化石墨烯膜在2mol/L～4mol/L的硝酸溶液中浸泡0.5小时～5小时后，其石墨烯片层间距可被有效调整且固定为

另一方面，当球状(三、四价)锕系离子被氧化为线形(五、六价)锕酰离子时，其水合半径会从～

增加至～

刚好可被预处理后的氧化石墨烯膜阻隔，同时确保镧系离子透过膜材料，从而实现组分离的目的，该筛分结果的实现是对膜材料和待筛分离子双重调控的结果。

4)相比于传统膜分离方法，本发明所构建体系无需额外能量输入，例如加压、电解等，仅依靠化学驱动力即可在常温、常压下实现离子高效扩散、分离。在节约能源、简化设备的同时，确保了放射性废液处理的安全可控。

5)本发明所采用的具体设备、氧化剂、预处理前分离膜、萃取剂皆可通过商业渠道获取，无需针对性定制、设计、制备，降低了成本，提升了效率。

6)本发明所涉及的萃取剂可覆盖广泛的酸度范围，例如可覆盖酸度范围为0.001mol/L～4mol/L，大大增强了本发明在放射性废液分离领域的适用性，本发明在先进核燃料循环领域展现出较好的应用前景。另外，相比于传统膜分离方法，本发明筛分体系实现了亚纳米尺度镧锕系离子组的分离。

附图说明

图1是本发明基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离的原理图。

图1中，10为料液区，21为分离膜，30为渗透区。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图1示意性地示出了一种基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离原理，同时示意性示出了本发明所采用的装置的结构。

本发明提供的镧锕系组分离体系将氧化、筛分及萃取三个不同模块有效地结合起来，构建了一种氧化-筛分-萃取的耦合分离体系。该体系包括料液区10、渗透区30、以及用于分隔料液区10和渗透区30的分离膜21。进一步地，还可以包括搅拌组件，用于搅拌料液区10和渗透区30中溶液以加快氧化、传质、分离。其中，所述分离膜21为具有筛分非位阻和高位阻离子功能的膜材料；同时，所述分离膜21可以阻隔渗透区有机相扩散至料液区10。进一步地，所述分离膜21可供非位阻镧系离子通过且能够阻挡高位阻离子的膜材料。

本发明中，所采用的装置，其料液区10与渗透区30体积相当，可以并列设置；如图1所示，料液区10和渗透区30均可以为侧壁开口的槽体，两槽体的开口相对且采用分离膜隔开；进一步地，还可以在两槽体开口处延伸出短管以方便安装。其中，所述分离膜是通过对选自可人为调控孔径或层间距的商业亚纳滤膜、商业纳滤膜或商业反渗透膜经过预处理得到的具有本发明所需筛分功能的分离膜。搅拌组件用于对料液区10和渗透区30中的溶液进行搅拌，搅拌时间优选为12h～24h。通过搅拌可以保证料液区10和渗透区30中溶液混合的更加充分，加快氧化、传质、分离速度，提高分离效率。具体的搅拌组件的结构不做限定，例如可以采用机械搅拌、磁力搅拌、混合震荡等，进一步可优选磁力搅拌；可以将搅拌组件设置在料液区10和渗透区30的内部或外围。

本发明分离方法通过“氧化调价-扩散筛分-萃取分离”三者耦合联动的方式，实现了镧锕系元素的组分离。具体操作和分离过程如下：

具体操作：通过干燥、浸渍或酸溶胀等手段调控分离膜的孔径或层间距，根据待筛分离子尺存调整膜筛材料的间隙，得到本发明具有筛分非位阻和高位阻离子的分离膜。将上述预处理好的分离膜与两槽体组装成装置本体，随后向料液区中添加含氧化剂以及待分离镧锕系离子的硝酸溶液，向渗透区中依次添加硝酸水溶液和有机相。同时开启装置左右两端的搅拌，搅拌12h～24h小时后即可停止，静置分离各组分溶液。

分离过程：在料液区(即水相1)中采用高位阻的氧化剂将锕系离子氧化为高位阻的锕酰离子，所述高位阻的锕酰离子和高位阻的氧化剂被分离膜截留在料液区；而料液区中的镧系离子，在料液区与渗透区之间始终存在的离子浓度梯度作用下，不断地经分离膜向渗透区水相扩散并经萃取剂萃入有机相中，从而实现镧系离子与锕酰离子的全面、高效、稳定分离。本发明中，硝酸溶液浓度可以为0.001M～14M；例如，铋酸盐氧化剂在硝酸溶液浓度为2M～14M时可以确保良好的锕系离子氧化效果；例如，萃取体系TODGA/正十二烷在硝酸溶液浓度为2M～14M时可以表现出很强的镧系离子萃取能力；例如，氧化石墨烯分离膜在硝酸溶液浓度为2M～4M时可以有效克服片层间静电斥力，维持较好的筛分层间距。本发明中，优选地，硝酸溶液浓度为2M～4M，该范围内氧化-筛分-萃取三者协同效果最优，即，可充分氧化锕系离子，实现镧系/锕酰离子有效筛分，且具有很强的镧系萃取/分离能力。本发明实施例中氧化石墨烯膜在2mol/L～4mol/L的硝酸溶液中浸泡0.5小时～5小时后得到的。实施例中其他分离膜采用与氧化石墨烯膜类似处理方法，当然本发明分离膜处理不限于此，采用本发明其他调控方法均可得到所需筛分功能的分离膜。

下面通过具体实施例对本发明进行说明，但本发明并不局限于此。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。

需要强调的是，该体系用于实现镧锕组分离是各个模块协同作用的结果，氧化、筛分、萃取三部分缺一不可。下述对比例即为例证。

实施例1：

N,N,N’,N’-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)/正十二烷分离锕系(铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am))和镧系(铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、铕(Eu)、钆(Gd))。料液为10mL含1×10^-7mol/L Np、Pu、Am，1×10^-3mol/L U、Ce、Nd、Eu、Gd，1×10^-2mol/L铋酸钠的3mol/L HNO₃溶液。分离膜为经过预处理的商业亚纳滤膜(氧化石墨烯膜)。渗透区水相为5mL 3mol/L HNO₃溶液，有机相为5mL 0.1mol/L TODGA/正十二烷溶液。定义渗透区(有机相+水相)与料液区金属离子浓度之比为分配比(distribution ratio,D)，各离子分配比之比为分离因子(separationfactor,SF)。经过12小时的搅拌，各离子的分配比和分离因子如表1、表2所示。显然，所选镧系元素对锕系元素的分离因子皆高于100，从而实现了全面、高效、稳定的镧锕组分离。

本实施例选取各模块最优功效交集区间，确定料液酸度为3M，该选择具有以下优势/有益效果：1)高放废液的初始酸度即为3M，故该料液接近真实废液环境，可直接匹配商用分离流程；2)铋酸钠在该酸度下充分溶解，可实现锕系离子的充分氧化，为筛分截留奠定基础；3)氧化石墨烯膜在该酸度下的层间距

刚好介于三、四价镧系离子

和五、六价锕酰离子

水合半径之间，可实现二者筛分；4)萃取剂TODGA在该酸度下对三、四价镧系离子具有非常强的萃取能力，有利于维持分离膜两侧的离子浓差，在提升扩散速率的同时确保扩散过程持续进行，即，有效提升分离效果。

表1.TODGA萃取各离子的分配比

表2.TODGA对各离子间的分离因子

实施例2：

三烷基氧磷(TRPO)/甲苯分离锕系(铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am))和镧系(镧(La)、钐(Sm)、镝(Dy)、铥(Tm)、镥(Lu))。料液为12mL含1×10^-7mol/L Np、Pu、Am，1×10^{- 3}mol/L U、La、Sm、Dy、Tm、Lu，1×10^-3mol/L高锰酸钾的1mol/L HNO₃溶液。分离膜为经过预处理的商业反渗透膜。渗透区水相为2mL 1mol/L HNO₃溶液，有机相为10mL 1mol/L TRPO/甲苯溶液。经过18小时的搅拌，各离子的分配比和分离因子如表3、表4所示。显然，所选镧系元素对锕系元素的分离因子皆高于100，从而实现了全面、高效、稳定的镧锕组分离。

表3.TRPO萃取各离子的分配比

表4.TRPO对各离子间的分离因子

实施例3：

二-(2-乙基己基)磷酸(HDEHP)/正辛醇分离锕系(铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am))和镧系(镨(Pr)、铽(Tb)、钬(Ho)、铒(Er)、镱(Yb))。料液为12mL含1×10^-7mol/L Np、Pu、Am，1×10^-3mol/L U、Pr、Tb、Ho、Er、Yb，0.1mol/L重铬酸钾的0.001mol/L HNO₃溶液。分离膜为经过预处理的商业纳滤膜。渗透区水相为10mL 0.01mol/L HNO₃溶液，有机相为2mL 0.01mol/L HDEHP/正辛醇溶液。经过24小时的搅拌，各离子的分配比和分离因子如表5、表6所示。显然，所选镧系元素对锕系元素的分离因子皆高于100，从而实现了全面、高效、稳定的镧锕组分离。

表5.HDEHP萃取各离子的分配比

表6.HDEHP对各离子间的分离因子

对比例1：

N,N,N’,N’-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)/正十二烷分离锕系(铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am))和镧系(铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、铕(Eu)、钆(Gd))。料液为10mL含1×10^-7mol/L Np、Pu、Am，1×10^-3mol/L U、Ce、Nd、Eu、Gd的3mol/L HNO₃溶液。分离膜为经过预处理的商业亚纳滤膜。渗透区水相为5mL 3mol/L HNO₃溶液，有机相为5mL 0.1mol/L TODGA/正十二烷溶液。经过12小时的搅拌，各离子的分配比和分离因子如表7、表8所示。显然，在料液未经氧化的情况下，Am(III)和Pu(IV)为不具有酰氧结构的非位阻型离子，可透过分离膜进入渗透区，从而无法实现镧锕组分离。

表7.TODGA萃取各离子的分配比(无氧化剂)

表8.TODGA对各离子间的分离因子(无氧化剂)

对比例2：

N,N,N’,N’-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)/正十二烷分离锕系(铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am))和镧系(铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、铕(Eu)、钆(Gd))。料液为10mL含1×10^-7mol/L Np、Pu、Am，1×10^-3mol/L U、Ce、Nd、Eu、Gd，1×10^-2mol/L铋酸钠的3mol/L HNO₃溶液。分离膜为商业核孔膜(尺度为微米或毫米级)。渗透区水相为5mL 3mol/L HNO₃溶液，有机相为5mL 0.1mol/L TODGA/正十二烷溶液。经过12小时的搅拌，各离子的分配比和分离因子如表9、表10所示。显然，当选择无本发明所述的筛分功能的分离膜时，所有离子皆可透过分离膜进入渗透区，由表10可知，有机物可跨膜进入料液区将Am(VI)还原为Am(III)，从而无法实现镧锕系组分离。

表9.TODGA萃取各离子的分配比(无筛分功能的分离膜)

表10.TODGA对各离子间的分离因子(无筛分功能的分离膜)

对比例3：

N,N,N’,N’-四辛基-3-氧戊二酰胺(TODGA)/正十二烷分离锕系(铀(U)、镎(Np)、钚(Pu)、镅(Am))和镧系(铈(Ce)、钕(Nd)、钷(Pm)、铕(Eu)、钆(Gd))。料液为10mL含1×10^-7mol/L Np、Pu、Am，1×10^-3mol/L U、Ce、Nd、Eu、Gd，1×10^-2mol/L铋酸钠的3mol/L HNO₃溶液。分离膜为商业亚纳滤膜。渗透区水相为10mL 3mol/L HNO₃溶液。经过12小时的搅拌，各离子的分配比和分离因子如表11、表12所示。显然，当渗透区不含有机相时，镧系离子的扩散比例明显降低，从而降低了镧锕组分离的效果。

表11.各离子的分配比(不含有机相)

表12.各离子间的分离因子(不含有机相)

本发明将氧化、筛分及萃取三个不同模块有效结合，通过三者耦合联动最终实现了镧系、锕系元素离子的全面、高效、稳定分离。

本发明的描述是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显然的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (10)

1.一种基于氧化、筛分、萃取相耦合的镧锕系组分离体系，其特征在于，包括：料液区、渗透区以及用于分隔料液区和渗透区的分离膜，其中，

所述料液区中装有含氧化剂以及待分离镧锕系金属离子的硝酸水溶液，所述氧化剂用于氧化锕系离子；

所述分离膜为筛分非位阻和高位阻离子的膜材料；

所述渗透区中装有与料液区同酸度的硝酸水溶液和含有用于萃取镧系离子萃取剂的有机相。

2.根据权利要求1所述的镧锕系组分离体系，其特征在于，还包括搅拌组件，用于对料液区和渗透区中溶液进行搅拌。

3.根据权利要求1所述的镧锕系组分离体系，其特征在于，料液区和渗透区的硝酸水溶液的浓度为0.001mol/L～4mol/L。

4.一种采用权利要求1所述的镧锕系组分离体系进行分离的方法，其特征在于，所述方法采用氧化、筛分及萃取相耦合的方式实现镧锕系元素组分离，包括：

搅拌料液区和渗透区中溶液，料液区中的氧化剂将待分离组分中的锕系离子氧化为锕酰离子，所述锕酰离子和氧化剂被分离膜截留在料液区，而料液区中的镧系离子不断地穿过分离膜扩散至渗透区中，并经萃取剂萃取到有机相中，同时，渗透区有机相不会透过分离膜扩散至料液区。

5.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，所述料液区中，氧化剂为高位阻的具有酰氧结构的高价离子。

6.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，所述氧化剂包括过硫酸盐、铋酸盐、高锰酸盐以及重铬酸盐中的一种或几种。

7.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，所述待分离组分中，锕系元素包括：铀、镎、钚和镅中一种或几种；镧系元素包括：镧、铈、镨、钕、钷、钐、铕、钆、铽、镝、钬、铒、铥、镱和镥中一种或几种。

8.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，所述分离膜是通过对选自可人为调控孔径或层间距的亚纳滤膜、纳滤膜或反渗透膜进行调控得到的；调控方法包括干燥、浸渍、酸溶胀中一种或多种。

9.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，所述渗透区中的有机相中，萃取剂为酰胺荚醚类萃取剂、中性磷氧类萃取剂或磷酸类萃取剂；稀释剂包括脂肪族、芳香族化合物中任意一种或几种混合。

10.根据权利要求4所述的分离方法，其特征在于，搅拌时间为12h～24h。

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