DCH18C6-离子液体体系对锶的萃取分离研究

发布时间：2020-05-14 22:04

【摘要】：核电站运行的六十多年以来,积累了大量的高放废液。~(90)Sr是高放废液中一种长寿命、高释热的裂变放射性核素,将其从高放废液中分离出来不仅可以减少放射性废物的体积,同时还能降低处理处置成本,对于放射性废物后续的处理与处置具有重要意义。本文采用溶剂萃取法,以二环己基18冠醚6(DCH18C6)为萃取剂,分别以C_nmimNTf_2(n=2、4、6)、C_4mimPF_6离子液体为稀释剂对水相锶离子进行萃取分离研究。通过实验主要研究了离子液体种类、萃取时间、冠醚浓度、水相硝酸浓度等因素对锶离子萃取分离的影响,并对锶离子的反萃进行研究。同时还研究了磷酸三丁酯(TBP)引入所产生的协同萃取效应。实验结果表明,离子液体的黏度越大,体系达到萃取动力学平衡时间越长。四种离子液体中C_4mimPF_6的黏度最大,272.00mPa·s,需要40min才能达到萃取平衡。在DCH18C6-离子液体萃取体系中,锶离子的萃取反应为放热反应;当DCH18C6为0.03mol/L时,四种离子液体体系对锶离子均有较好的萃取性能,并且对锶离子的萃取性能强弱次序为C_2mimNTf_2C_4mimNTf_2C_4mimPF_6C_6mimNTf_2。另外发现,离子液体体系对锶的萃取性能受水相酸度的影响较大,锶萃取分配比(D_(Sr))随着硝酸浓度的增加而先大幅度降低后有小幅度的上升。在DCH18C6/C_4mimNTf_2体系中,Na~+、K~+和Fe~(3+)的引入使DCH18C6浓度降低进而导致锶离子的萃取性能降低,其中K~+影响最大;而Al~(3+)的盐析作用使体系对锶离子萃取性能增加。不同反萃剂对锶的反萃性能不同,其中去离子水对锶的反萃能力最弱,氯化钾的反萃能力较好。实验发现,在C_nmimNTf_2(n=2、4、6)中烷基碳链越短反萃难度越大,即反萃难易次序为有C_2mimNTf_2C_4mimNTf_2C_6mimNTf_2。以氯化钾为反萃剂对锶离子进行反萃的反应为吸热反应,锶的反萃率随温度的升高快速上升后趋于稳定。TBP的引入会产生协同萃取效应,并随TBP占有机相体积的增大,协萃作用先增大后减小。当TBP占有机相体积的50%时,协萃体系对锶离子的萃取性能最好。由于盐析作用50%TBP+50%IL(C_4mimNTf_2、C_6mimNTf_2、C_4mimPF_6)混合有机相的萃取体系对模拟高放废液中的锶有较好的萃取效果。
【图文】：

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表 1.1 常用的锕系元素分离流程流程名称萃取剂优点缺点TRUEX 流程 CMPO硝酸浓度为 1-8mol/L 内，锕系元素萃取分离效果好产品存在交叉污染；HF 腐蚀设备；体系复杂，萃取容量较低DIAMEX 流程 DMDBTDMA不需调酸；废萃取剂可焚烧，，不污染环境不萃 Np 和 Tc，三价铁的硝酸盐在萃取剂上积累，萃取剂可能形成第二相DIDPA 流程 TBP 和 DIDPA 对铀萃取分离效果较好锕系元素分散并交叉污染；需要调酸CTH 流程 HDEHP对 U 和 Pu 损失较小；对 β 和α 放射性核素去污系数达 104以上流程复杂，HF 对设备有腐蚀；需要调节酸度TRPO 流程 TRPO萃取剂辐照稳定性好；产品交叉污染小；萃取容量比CMPO-TBP 高几倍高放废液需脱硝或稀释至1mol/L 硝酸；酸消耗和二次废液体积较大

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表 1.2 裂变产物放射性随时间的变化量裂变产物占总放射性的百分比（%）2 年 10 年 15 年 20 年 40 年90Sr 7.04 4.00 50.0 52.9 53.4137Cs 6.00 37.0 42.3 44.0 44.5144Ce 60.0 0.28 0.0036 0.0001 -147Pm 20.3 18.7 6.15 1.88 0.016106Ru 6.0 0.16 0.0064 0.0002 -155Eu 0.44 0.14 0.025 0.0045 -151Sm 0.124 0.88 1.08 1.27 2.0125Sb 0.116 0.114 0.041 0.013 -99Tc 0.0007 0.0054 0.007 0.0085 0.0014目前，我国高放废液处理总流程，如图 1.5 所示[28]。首先将高放废液进行调酸等过程，经 TRPO 流程分离出 U、Pu 等锕系元素后分别使用溶剂萃取和无机离子交换法除去废液中的放射性核素90Sr 和137Cs。为了达到放射性废液地表或浅地层贮存的要求，高放废液中的锶去除率要达到 95%以上[29]。
【学位授予单位】：哈尔滨工程大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TM623

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