[发明专利]一种铀酰地质储放材料的制备方法

说明书

本发明公开了一种铀酰地质储放材料的制备方法。该制备方法包括：将膦酸配体与客体分子和铀酰溶液混合在水溶液后放入反应釜中，加入氢氟酸溶液，加热反应后，进行洗涤和干燥获得所述产物；得到的材料化学性质稳定，并且能在酸性条件下稳定，具有作为地质储放材料的潜力，不仅可以管理核废料，并且可以防止放射性元素的迁移以影响动植物和人类的生存和健康。

技术领域

本发明属于材料制备领域，具体涉及一种铀酰地质储放材料的制备方法。

背景技术

金属有机框架材料(MOFs)是由有机配体和金属离子或团簇通过配位键自组装形成的具有分子内孔隙的有机-无机杂化材料。由于其具有内部孔隙以及配体易后修饰等特点，金属有机框架材料在众多研究领域，如气体吸附和催化，表现出已有或者潜在的应用前景。金属有机框架材料的合成方法有很多，目前主要以水热法和溶剂热法为主，通过将配体和金属盐按照一定摩尔比加入至反应釜中，水/有机溶剂作为中间媒介，部分晶态多孔材料需加一定量的矿化剂和模板剂，在一定温度下进行高温高压反应，获得晶态材料。铀是最丰富，最重要的锕系元素之一，作为核燃料的主要成分，它在核电站的发电和核武器的制造中起着至关重要的作用，从乏燃料中回收的贫铀需要安全且适当地处理，于是铀的化学结构吸引了研究人员的注意力。铀具有多种氧化态，其中六价铀最为稳定。铀离子在垂直位置上与两个氧配位，形成铀酰离子，铀酰离子再进一步与来自赤道面有机配体的4-6个氧原子配位产生四角双锥，五角双锥和六角双锥配位几何形状，这些单元通过有机配体的剩余部分连接形成可协调的拓扑结构，包括笼状、链状、带状、管状、片状和三维结构。MOFs常用的配体是有机羧酸类，而膦酸铀酰也是锕系元素-有机配位聚合物的重要一类，四面体膦酸基团R-PO₃H₂具有三个可能的质子化状态，具有灵活的连接金属离子的能力，导致其晶体结构异常丰富多样，但是膦酸铀酰的结构中只有36％是3D结构。因此，研究膦酸铀酰配位化合物可以补充铀酰晶体化学内容，丰富其拓扑结构和堆积方式，同时为贫铀的和平化利用提供基础数据，进一步对放射性元素的环境化学研究有着重要意义。

表一 不同维度膦酸铀酰的占比

目前膦酸铀酰金属有机框架主要应用于温度检测、选择性离子交换和质子导体三个方面。考虑到膦酸铀酰MOFs具有较高的稳定性和孔隙率，并且作为固体的溶解度和反应性较低，我们发现它们具有地质储存材料的潜力。土壤或岩石等天然沉积物的浸出、核反应堆运行、乏燃料后处理、核武器试验和核事故不可避免地产生了许多放射性核素。根据目前的技术，膦酸盐是液液萃取四价和六价锕系元素的有效萃取剂，但整个过程显然不环保。之后，吸附的核废料被玻璃化，然后储存在有泄漏风险的废料罐中。因此，膦酸铀酰MOFs是一个很有前景的平台，它不仅可以直接以固体形式储存放射性核素，进一步增加铀的储存容量，减少储存体积，而且可以有效捕获放射性核素，防止泄漏和迁移危及人类、动物和植物生存和健康。因此，设计稳定、多孔的膦酸铀酰MOFs对优化铀的管理和地质储库具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铀酰地质储放材料的制备方法，对贫铀进行和平化利用。

本发明在于利用MOF的性质对铀进行回收储存，为地址储放材料提供一种思路。

根据本发明的第一目的，提供一种铀酰地质储放材料的制备方法，该方法具体包括以下步骤：

(1)加入膦酸配体；

(2)客体分子与上述的膦酸配体混合；

(3)将适量的铀酰溶液加入至反应釜内；

(4)加入适量的氢氟酸溶液和水溶液；

(5)将上述混合物进行加热反应；

(6)充分洗涤去除絮状物，室温下干燥，获得产品。