[发明专利]一种使用共沉淀结合熔盐法制备镧系氧化物材料的方法及其应用

说明书

本发明提供一种使用共沉淀结合熔盐法制备Ln₂M₂O₇型氧化物材料的方法及其应用，所述方法包括：由镧系、锕系核素盐以及M盐按照一定比例经过共沉淀预处理生成前驱体材料，然后将所述前驱体材料与由硝酸钠、硝酸钾形成的复合硝酸熔盐均匀烧结而成；其中，M元素为Ti、Zr、Hf，镧系元素离子、锕系元素离子以及M元素离子按照一定的化学计量比称量，所述前驱体材料与所述复合硝酸熔盐的质量比为1∶1～1∶50。本发明通过对传统熔盐法进行改良，制备材料成本低，设备简单，制备效率高，合成温度大大降低，对锕系元素包容量大，在合成镧系烧绿石结构或缺陷型萤石结构材料用于锕系元素存储具有很大优势。

技术领域

本发明涉及核能利用领域中的乏燃料处理方法，更具体地涉及一种使用共沉淀结合熔盐法制备Ln₂M₂O₇型氧化物材料的方法及其应用。

背景技术

核能是非常具有潜力的能源利用方式。核能核工业发展有一个非常重要的方面就是核乏燃料处理。烧绿石作为一种自然界稳定的矿物质作为锕系元素的固化引起了人们广泛关注。这种结构普遍具有对锕系元素的高容纳性，可在高温，高压，强酸强碱条件下保持稳定状态，在自然条件下离子渗出率非常低，可稳定存在几百年到数十万年，母体容纳放射性元素时具有优异的抗辐照(主要为α，β，γ粒子)性能。这些优点使得烧绿石及其衍生结构成为核乏燃料处理的一个非常理想的方向。

Ln₂M₂O₇氧化物，通常表示为A₂B₂O_6±σO’，空间群为Fd-3m或Fm-3m。晶胞尺寸前者约为后者的两倍。前者母体拥有两种不同阳离子位点，A位点位于16d，通常化合价显示为+3价，B位点位于16c，通常价态显示为+4价。O位于48f位点，O’位于8b位点。烧绿石结构中存在大量氧空位，位于和8b相对应的8a位点。就配位情况来说，A位点形成8配位的六面体(8个氧原子包含6个长键A-O和2个短键A-O)，B位点形成规整的六配位B-O八面体，通过锕系核素的掺入，系统会调节O48f的X位点使其在两种结构之间转换，使得对于锕系元素具有良好的包容能力。此两种结构A、B位点均可掺入不同价态的锕系元素来体现最真实的固化环境。

目前烧绿石体系化合物的合成常用的方法有固相法、溶胶-凝胶法、燃烧合成法等。这些方法制备的烧绿石材料尺寸较大，约为100～2000nm，煅烧温度一般在1000℃以上，同时可能需要更高的温度进行二次煅烧，造成了巨大的能源浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种使用共沉淀结合熔盐法制备Ln₂M₂O₇型氧化物材料的方法及其应用，从而解决现有技术中Ln₂M₂O₇型氧化物材料的合成需要较高温度造成巨大能源浪费的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：

根据本发明的第一方面，提供一种使用共沉淀结合熔盐法制备Ln₂M₂O₇型氧化物材料的方法，由镧系、锕系核素盐以及M盐按照一定比例经过共沉淀预处理生成前驱体材料，然后将所述前驱体材料与由硝酸钠、硝酸钾形成的复合硝酸熔盐均匀烧结而成；其中，M元素为Ti、Zr、Hf，镧系元素离子、锕系元素离子以及M元素离子按照一定的化学计量比称量，所述前驱体材料与所述复合硝酸熔盐的质量比为1∶1～1∶50。