CN114717430B - 从铀的裂变产物中萃取钼的方法以及离子液体体系 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种从铀的裂变产物中萃取钼方法，包括：获得所述裂变产物的溶液，所述溶液中含有钼；构建用于萃取所述溶液中的钼的离子液体体系，所述离子液体体系与所述溶液互不相溶；混合所述溶液和所述离子液体体系，使钼进入所述离子液体体系；分离所述溶液和所述离子液体体系，得到含有钼的所述离子液体体系；收集所述离子液体体系中的钼；其中，所述离子液体体系的成分包括：离子液体，用作所述离子液体体系的溶剂；α‑安息香肟，用作所述离子液体体系的萃取剂；乙酸乙酯，用作所述离子液体体系的助溶剂。本发明提供的方法操作简便，耗时短，约1小时即可完成从铀的裂变产物中萃取钼的过程，可减少生产过程中操作人员的所受的辐照剂量；离子液体体系安全性更高，且可再次使用，既节约成本又有利于减少二次放射性废物；对钼的回收率大于95％，主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分配比低，分离因子大于301.5，可实现钼与主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分离，保证了产品的纯度。

Description

从铀的裂变产物中萃取钼的方法以及离子液体体系
技术领域
本发明涉及铀的裂变产物分离领域，具体涉及一种从铀的裂变产物中萃取钼的方法以及离子液体体系。
背景技术
钼-99(99Mo)是一种非常重要的医用放射性同位素，其衰变子体核素锝-99m(99mTc)具有理想的衰变模式，γ射线具足够的穿透力并且引起的生物学损伤小，非常适合核医学诊断。全球每年使用锝-99m标记药物进行核医学诊断超过4000万人次，占临床核医学诊断的80％以上。当前从铀-235(235U)的裂变产物中提取钼-99是其主要来源，目前，全球年消耗的裂变钼-99数量大约50万Ci，每周消耗大约10000Ci，裂变钼-99年产值超过3.5亿美元。
萃取法是用于从铀-235的裂变产物中提取钼-99的比较成熟的分离方法，萃取法具有操作简便，处理量大的优点。现有萃取法一般使用二(2-乙基己基)磷酸(又称D2EPHA、P204)作为萃取剂，但是由于现有萃取法中使用的有机溶剂挥发性较大或闪点低，因而在实际生产过程中安全隐患大；并且二(2-乙基己基)磷酸对钼-99的选择性不高，进而导致萃取得到的钼-99杂质较多，所以在萃取流程后需要额外的步骤来纯化所得到的钼-99，增长了处理时间，增加了放射性废物。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供了一种从铀的裂变产物中萃取钼方法，包括：获得所述裂变产物的溶液，所述溶液中含有钼；构建用于萃取所述溶液中的钼的离子液体体系，所述离子液体体系与所述溶液互不相溶；混合所述溶液和所述离子液体体系，使钼进入所述离子液体体系；分离所述溶液和所述离子液体体系，得到含有钼的所述离子液体体系；收集所述离子液体体系中的钼；其中，所述离子液体体系的成分包括：离子液体，用作所述离子液体体系的溶剂；α-安息香肟，用作所述离子液体体系的萃取剂；乙酸乙酯，用作所述离子液体体系的助溶剂。
根据本发明的第二方面，提供了一种用于从铀的裂变产物中萃取钼的离子液体体系，其特征在于：所述离子液体体系的成分包括：离子液体，用作所述离子液体体系的溶剂；α-安息香肟，用作所述离子液体体系的萃取剂；乙酸乙酯，用作所述离子液体体系的助溶剂。
根据本发明的第三方面，提供了一种用于制备从铀的裂变产物中萃取钼的离子液体体系的方法，其特征在于：获得乙酸乙酯液体；向所述乙酸乙酯液体中加入α-安息香肟，得到α-安息香肟和乙酸乙酯的混合溶液；向所述混合溶液中加入离子液体；混合所述混合溶液和所述离子液体，得到所述离子液体体系。
本发明提供的方法操作简便，耗时短，约1小时即可完成从铀的裂变产物中萃取钼的过程，可减少生产过程中操作人员的所受的辐照剂量；离子液体体系安全性更高，且可再次使用，既节约成本又有利于减少二次放射性废物；对钼的回收率大于95％，主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分配比低，分离因子大于301.5，可实现钼与主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分离，保证了产品的纯度。
附图说明
图1为本发明的实施例的从铀的裂变产物中萃取钼的流程示意图；
图2为本发明的实施例的获得铀的裂变产物的溶液的示意图；
图3为本发明的实施例的离子液体体系的成分的示意图；
图4为本发明的实施例的离子液体体系与溶液分相的示意图；
图5为本发明的实施例的收集离子液体体系中的钼的示意图。
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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为本发明的实施例的从铀的裂变产物中萃取钼的流程示意图。
参见步骤S101，获得所述裂变产物的溶液，所述溶液中含有钼。
铀-235是铀元素里中子数为143的放射性同位素，是天然存在的唯一能够发生可控裂变的核素，主要用做核反应堆中的核燃料，也是制造核武器的主要原料之一。铀-235在使用过程中发生裂变，产生裂变产物，裂变产物中包含多种元素，如铀、锶、锆、钌、碲、钼-99等。
结合图2，铀-235的裂变产物201中含有多种元素，如铀、锶、锆、钌、碲、钼-99等，本发明中，需要将钼-99从裂变产物中分离。需要说明的是，本发明的方法也可以分离钼-99的其他同位素，本发明对此不做限定。
首先，将酸溶液202加入裂变产物201中，得到混合物203。在某些实施例中，酸溶液202可以为一定浓度的HNO3。需要说明的是，可以使用其他种类的酸溶液，本发明对此不做限定，此处以HNO3为例解释本发明。在某些实施例中，HNO3的浓度可以为1mol/L，可以理解地，HNO3的浓度也可以是其他合适的浓度，本发明对此不做限定。
在混合物203中，裂变产物201的一部分，如铀、锶、锆、钌、碲、钼-99等，溶于酸溶液202，形成溶液205；裂变产物201的不溶于酸溶液202的部分仍保留固体形态，形成杂质204。因此可以通过一些手段，如过滤，将杂质204与溶液205分离出，得到不含杂质204的溶液205，此时溶液205仍为酸性，溶液205中含有钼-99，也含有铀、锶、锆、钌、碲等元素。
参见步骤S102，构建用于萃取所述溶液中的钼的离子液体体系，所述离子液体体系与所述溶液互不相溶。
结合图3，离子液体体系30中包含离子液体301，乙酸乙酯302，α-安息香肟303。
离子液体301是指全部由离子组成的液体。不同种类的离子液体301具有不同的熔点，当离子液体301的熔点接近室温时，离子液体301在室温下就可以呈现液态。离子液体301具有低挥发性、低可燃性、热稳定性好、阴阳离子组合可设计等优点。在某些实施例中，离子液体301可以是室温下呈液体的离子液体。在某些实施例中，考虑到本发明中裂变产物具有放射性，离子液体301可以为咪唑类离子液体，离子液体由阴离子和阳离子组成，咪唑类离子液体指的是阳离子部分是咪唑类阳离子的离子液体，咪唑类离子液体具有良好的抗辐照性能。在某些实施例中，离子液体301可以为1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸盐([C4min][PF6])或1-烷基-3-甲基咪唑双(三氟甲磺酰基)亚胺盐([Cnmin][NTf2]，n＝4～8)。
乙酸乙酯302使α-安息香肟303更容易溶解于离子液体301。并且，在离子液体体系30中加入乙酸乙酯302，可以降低离子液体体系30的粘度，使离子液体体系30与溶液205能够充分混合，达到均匀状态，使萃取更充分。
α-安息香肟303特异性地与钼-99结合，但是不与铀、锶、锆、钌、碲等结合。利用α-安息香肟303的这一特性，将钼-99与铀、锶、锆、钌、碲等分离。
在离子液体体系30中，离子液体301用作离子液体体系30的溶剂，可以将α-安息香肟303溶解；α-安息香肟303，用作离子液体体系30的萃取剂，可以与钼-99特异性地结合；乙酸乙酯302，用作离子液体体系30的助溶剂，可以使α-安息香肟303更容易溶于离子液体301。
在某些实施例中，制备离子液体体系30的方法可以包括：获取一定量的乙酸乙酯302；将α-安息香肟303溶于乙酸乙酯302，得到α-安息香肟303和乙酸乙酯302的混合溶液；向混合溶液中加入离子液体301，离子液体301的体积可以为混合溶液体积的四倍；将混合溶液与离子液体充分混合，得到离子液体体系30。
需要说明的是，步骤S101和步骤S102的顺序是可以互换的，即也可以先进行步骤S102，再进行步骤S101。
参见步骤S103，混合所述溶液和所述离子液体体系，使钼进入所述离子液体体系。
在某些实施例中，将溶液205和离子液体体系30混合时，可以使用相同体积的溶液205和离子液体体系30，可以理解地，这里所说的相同体积只是为了达到更好地萃取效果，溶液205和离子液体体系30的体积可以相近但不相同，或者可以为其他适合的体积比例，本发明对此不做限制。
在某些实施例中，混合时的环境温度可以是25℃。在某些实施例中，可以采用搅拌的方式将溶液205与离子液体体系30充分混合。在某些实施例中，搅拌的时间可以为15分钟。将溶液205与离子液体体系30充分混合后，由于离子液体体系30中存在与钼-99特异性结合的α-安息香肟303，故溶液205中的钼-99会进入离子液体体系30中。
参见步骤S104，分离所述溶液和所述离子液体体系，得到含有钼的所述离子液体体系。
具体的，可以先静置所述溶液和所述离子液体体系的混合物，待所述离子液体体系与所述溶液分相后，将所述离子液体体系与所述溶液分离，得到含有钼的所述离子液体体系。
结合图4，本发明中的离子液体体系30与溶液205互不相溶。通过静置，离子液体体系30与溶液205由于它们自身的性质，会迅速分相，即迅速分相为溶液205形成的上层401和离子液体体系30形成的下层402。通过静置分相，充分混合的溶液205和离子液体体系30又重新分离为溶液205形成的上层401和离子液体体系30形成的下层402，但此时钼-99从溶液205进入了离子液体体系30。将离子液体体系30与溶液205重新分离后，得到含有钼-99的离子液体体系。
参见步骤S105，收集所述离子液体体系中的钼。
结合图5，收集所述离子液体体系中的钼的具体过程可以是：
向含有钼-99的离子液体体系501中加入反萃溶液502。在某些实施例中，反萃溶液可以是碱溶液。在某些实施例中，碱溶液可以是NaOH溶液。需要说明的是，可以使用其他种类的碱溶液，本发明对此不做限定，此处以NaOH为例解释本发明。在某些实施例中，NaOH溶液的浓度可以是0.2mol/L，可以理解地，NaOH的浓度也可以是其他合适的浓度，本发明对此不做限定。
将反萃溶液502与离子液体体系501充分混合，使钼-99进入反萃溶液502。在某些实施例中，混合时的环境温度可以是25℃。在某些实施例中，将反萃溶液502和离子液体体系501混合时，可以使用相同体积的反萃溶液502和离子液体体系501。在某些实施例中，可以采用搅拌的方式将溶液502与离子液体体系501充分混合。在某些实施例中，搅拌的时间可以为15分钟。由于反萃溶液502是碱溶液，钼-99更容易与碱溶液中的氢氧根结合，所以钼-99会从离子液体体系501中进入反萃溶液502。
静置反萃溶液502和离子液体体系501的混合物503，待离子液体体系501与反萃溶液502分相后，将反萃溶液502与离子液体体系501分离，得到不含钼的离子液体体系505和含有钼的反萃溶液504。不含钼的离子液体体系505可以在下次萃取时继续使用。
收集所述反萃溶液504中的钼。
本发明的方法操作简便，耗时短，约1小时即可完成从铀的裂变产物中萃取钼的过程，可减少生产过程中操作人员的所受的辐照剂量。离子液体体系安全性更高，且可再次使用，既节约成本又有利于减少二次放射性废物。
经过实验，本发明的方法对钼-99的萃取率大于98％，反萃率大于98％，回收率大于95％。
主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分配比和分离因子如下表所示。
Figure BDA0003604481090000061
上表结果显示，主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分配比低，分离因子大于301.5，可实现钼-99与主要杂质元素锶、锆、钌、碲的分离，保证了产品的纯度。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (7)

1.一种从铀的裂变产物中萃取钼方法，其特征在于：
获得所述裂变产物的溶液，所述溶液中含有钼；
构建用于萃取所述溶液中的钼的离子液体体系，所述离子液体体系与所述溶液互不相溶；
混合所述溶液和所述离子液体体系，使钼进入所述离子液体体系；
分离所述溶液和所述离子液体体系，得到含有钼的所述离子液体体系；
收集所述离子液体体系中的钼；
其中，所述离子液体体系的成分包括：
离子液体，用作所述离子液体体系的溶剂；
α-安息香肟，用作所述离子液体体系的萃取剂；
乙酸乙酯，用作所述离子液体体系的助溶剂；
所述离子液体体系中的离子液体为咪唑类离子液体。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
所述溶液为所述铀的裂变产物溶于酸溶液形成的溶液。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：
其中，收集所述离子液体体系中的钼包括：
向含有钼的所述离子液体体系中加入反萃溶液，所述反萃溶液与所述离子液体体系互不相溶；
混合所述反萃溶液与所述离子液体体系，使钼进入所述反萃溶液；
分离所述反萃溶液与所述离子液体体系，得到不含钼的离子液体体系和含有钼的所述反萃溶液；
收集所述反萃溶液中的钼。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于：
所述反萃溶液为碱溶液。
5.一种用于从铀的裂变产物中萃取钼的离子液体体系，其特征在于：
所述离子液体体系的成分包括：
离子液体，用作所述离子液体体系的溶剂；
α-安息香肟，用作所述离子液体体系的萃取剂；
乙酸乙酯，用作所述离子液体体系的助溶剂；
所述离子液体为咪唑类离子液体。
6.一种用于制备从铀的裂变产物中萃取钼的离子液体体系的方法，其特征在于：
获得乙酸乙酯液体；
向所述乙酸乙酯液体中加入α-安息香肟，得到α-安息香肟和乙酸乙酯的混合溶液；
向所述混合溶液中加入离子液体；
混合所述混合溶液和所述离子液体，得到所述离子液体体系；
所述离子液体为咪唑类离子液体。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：
所述离子液体的体积为所述混合溶液的体积的四倍。
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