[发明专利]一种基于羧基取代的邻菲罗啉酰亚胺配体的水相镧系和/或锕系萃取分离的方法

说明书

本发明属于核燃料循环和核废液处理技术领域。本发明报导了一种基于羧基取代的邻菲罗啉类水溶性配体在高酸度条件下选择性掩蔽部分三价锕系元素，优化条件下在1.5M硝酸中三价铕媚分离系数可达120；三价锔媚分离系数可达4.4。配合物单晶结构为双金属中二聚体结构，这种特殊结构保证了配体的高酸度耐受和高选择性。本发明中所涉及配体合成简单，萃取效率高，萃取模式新颖；相关内容将极大推进水溶性镧镧，镧锕，锕锕分离配体的设计和性能优化。

技术领域

本发明涉及镧系和/或锕系离子萃取分离的方法，属于核燃料循环及废液处理、稀土元素萃取分离和纯化技术领域。

背景技术

核能是一种重要的清洁能源来源，其发展对我国节能减排和优化能源结构至关重要。然而快速发展的核电产业带来经济效益的同时，核反应产生的乏燃料的大量积累和安全处理已成为我国乃至全世界无法回避的重大问题。就我国而言，截止2020年，我国核电产业累计乏燃料量已达7000余吨且随着我国核电行业的快速发展，预计到2025年，这一值将超过14000吨。乏燃料的主要成分为未反应的U(约占95％)，同时包含1％的Pu和次锕系元素(MinorActinides,MAs,0.1％)及其它裂变产物；虽然次锕系元素仅占乏燃料的0.1％，但却贡献了很大比例的长期放射性。

为了减少乏燃料的辐射危害，缩短放射性核废料达到环境安全水平的时间同时有效降低其地质储存成本，上世纪以来人们提出了“分离-嬗变”(PartitioningandTransmutation,PT)策略：将高放废液中锕系元素和长寿命的裂变产物分离出来制成靶件，再通过嬗变装置的辐照转化成短寿命或稳定的核素。PT策略作为现行主导的核燃料循环处理策略，能够有效的降低长寿命次锕系元素的放射性危害。但其效果与相关元素的分离息息相关，尤其是三价次锕系元素(Am，Cm)和镧系元素的分离(镧系元素具有较大的中子吸收截面，从而降低嬗变效率)。

三价次锕系元素和镧系元素的分离(以下简称三价镧锕分离)十分困难，因为它们具有极其类似的物理化学性质。目前主要有两种配体设计思路：1)设计具有离子选择性特异分离能力的脂溶性配体。通过在分子设计时综合考虑配位原子类型(N，O，S，P等单个或是几种的组合)，配体骨架刚性，配体配位空穴大小，配体溶解性及化学和抗辐照稳定性等，设计合成用于有机相的正向萃取剂，从高酸度的离子混合物液中萃取分离镧锕离子；2)设计具有离子选择性特异分离能力的水溶性配体。有机相选择工业上较为成熟的非选择性脂溶性配体(如TODGA)，同时设计合成具有选择性的水相掩蔽剂分子进而实现镧锕离子的萃取分离。第二种设计思路能够有效的降低液-液萃取过程中有毒有机相和稀释剂的使用，进而具有更大的应用前景，但由于配体设计时需要在考虑第一种配体设计要求的基础上进一步考虑分子的水/酸溶性，所以在分子设计上更具挑战性，所研究和报道的实用体系也非常有限。