用于次锕系元素萃取分离的萃取剂研究进展

中子捕获截面，会在锕系元素裂变过程中吸收中子Ｉ 。因此
在进行嬗 ！ 之前， 必须把次锕系元素从含有众多裂片产物的 高放废物尤其是 镧系元素中有效分离出来。 次锕 系元素和绝大多数裂片产物的分离并不是特别困
难， 可以通过—般的化学分离方法实现。然而，由于次锕系
况。从图 １ 可以看出， 在对陔废液中的ＭＡ 未进行分离的隋 ｓ
ａ ｄ ｅａ ｉ ｎ ｄ ｃ ｙｌ ｍｅ
￣Ｃ ｓ ＭＦ 辅 勿 禾
漓辑跻虬 研究了该萃取剂
单独 取 ６ 謇 价、 价和 ３ ４ 价锕系元素和—些镧系元素的萃取行
为， 或与 Ｔ Ｐ Ｂ —起在各种稀释剂中的萃取行为【 。
Ｒ ｐｏ 和 Ｌ ｍｅａ７ Ｃ （７ ｌ ） Ｔ Ｐ１ ５ ａｋ ｕ ｔ［ 用 ＭＰ ． ｍｏＬ￣ Ｂ （． ｉ 】 ０５ ／ ０
ｌ ｌ １
置 ） ＝０ 的竞争。 ｃｕ Ｓｈｌ ｚ
对合成新的这类化合物很感兴
趣， 并把它们用 于锕系元素和镧系元素的萃取。自 从那个时候
以来，美国和世界其他地期 一Ｊ 织合成出了大量的 Ｃ ２ 绍 Ｈ
－ －
衰 变 时 间， ａ 图 １ 核循环燃料放 射 隆每ｆ 数随时间的 变化 隋况 旨 Ｆｇ１ Ｒ ｌｉ ｓｉ ｂｔｅ ｔｅａｉ ｃｖ ｔ ｉｔｉ ｅ （ｅｔ ｆｅ ｉ ｅｔｎｈ ｓ ｅ ｅ ｈ ｒ ｏ ｔｅｏ ｃｙｎ ｘ ｐｒｏ ｕ１ ． ａｏ ｐ ｗ ｎ ｄ ａｉ ｘ ｉ ｄ ｎ ）
第７ 第９ 卷 期 ２１ ０ ２年 ９月
中国科技 论文 Ｃ ＩＡＳ Ｅ Ｃ Ｐ Ｐ Ｒ ＨＮ ＣＩＮ Ｅ Ａ Ｅ
Ｖ１ Ｏ９ ０． Ｎ ． ７
Ｓ ｐ． ２ １ ｅ ０２
用于次锕系元素萃取分离的萃取剂研究进展
薛文静 ，张安运 １ ，柴之芳 卫
（． １ 浙江大学化学工程与生物工程学系，杭州 ３０２ ； ．中国科学院高能物理研究所，北京 １０４ ） １０７ ２ ００９
ｌ ａｄ ｃ ａ ｉ ｎ ｓ ｕｈ ｓ ｇ ｓ ＢＴ ， ＢＰ ｑ ＥＮ ａ ｄｌｅ ￣ ｄ ａｖ ｓｅｃ ｑ ｅａ ｖ ｎａ ｅ ａ ｄｄｓｄ ａ ｔ ｅ ｏ ｌｅｅｅ ｌ ｃａ ｌａｅｏ ｌ Ｐ ＢＴ ， Ｐ ｎ ｈｉ ｒ ｃ ｌ ｅ， ｔ． ｈ ｄ ａ ｔｇ ｓ ｎ ｉ ｖ ｎａ ｓ ｆｉ ｓ ｘｒ ｔ ｓ ｌ ０ ｉ ａ ｇ ａ ａ ｎ ａ ｄｔｅｒ ｎ ｈｉ
目前 ， 界约 １％的发 电量 产生于 正在运行 的 ４Ｏ多座 世 ５ ０
放射水平； 若将 ９％的ＭＡ 分离， ０ ｓ 也要经过至少２００ａ ０ 的
核电站。核电使用过程中不会产生二氧化碳和其他 室气体 显 污染物。作为一种清洁能源，核电厂的数量将不断增力１ Ｉ ： ，以 同时满足人类能源消耗的需求和环境保护的需要。然而，乏 燃料后处理过程中不可避免地会产生大量的放射陆发物，这 些核废物的处置存放成为核电发展的极大障碍。核废液中含 有大量的放射眭核素，尤其是高放废｝ 丑 Ｗ） Ｈ Ｌ 中 ， 。 Ｌ Ｗ
中图分类号：０ ９ ６ 文献标志码：Ａ 文章编号：２９ －２８（ １）９ ６７ ０５ ７３ ０２０ —０５ —９ ２
Ｐｒ ｇ ｅ ｓ ｆ ｘ ｒ ｃ ａ ｔｓｕ ｉｓ ｎ ｔ ｅｐ ｒ ｉ ｏ ｉ ｇｏ ｉ ｏ ｃｉ ｉ ｅ ｏ ｒ ｓ ｔ ａ ｔ ｎ ｔ ｄ ｅ ａ ｔ ｉ ｎ ｆ ｎ ｒａ ｔｎ ｄ ｓ ｏ ｅ ｉ ｈ ｔ ｎ ｍ
产生 １ 个多配体化台物，可以改善 Ａ ／ｎ ｎ 分离的分离因子。 Ｌ 因此，不同类型的 （ 大环）分子平台被使用。笔者主要关注
了不断扩展的锕系多配体的最新进展，特别是有关 Ａ ｍ ｍ（ ） 和 Ｅ０ ） ｕｎ 的分离。 在过去的 ５ ０多年中， 人们广泛进行了与核废液处理有关 的研究， 合成了大量对 Ａ Ｏ ） ｎｎ 有良好萃取 毫 的各类配体。
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中 国 科 技 论 文 ＣＨｌＡＳ Ｅ ＣＥ Ａ Ｅ Ｎ ＣＩ Ｎ Ｐ Ｐ Ｒ
第７ 第９ 卷 期
２１年 ９ ０２ 月
多种价态，以 ３ 价离子最稳定 ， 价锕系元素和 ３ ３ 价镧系元 素的水溶液的性质极为相似， 要实现两者的分离，主要是利 轨道与 ６ 轨道能量差， ｄ 不如镧系元素中４ 勒道与 ５ 轨道能 ｆ ｄ 量差大， 这导致了５勒ｊ ｆ 菟 条件更灵敏。 Ｓ Ｂ将Ａ （ ＨＡ ｎ ｍ） 和 【 （Ｉ ｎⅡ） 阳离子分类为硬路易斯酸 ， 但是 Ａ （ ｍ Ⅲ 口Ｅ （０ ｕＩ １ 相比偏软一些，所以 Ａ ｍ 和 Ｅ （１ ｍ（ ） ｕ１ 在与较软配位体配合 ］ ） 时，存在较大差别 。含软酉位原子硫或氮的萃取剂更倾向 己 于与 Ａ ｍ） ｍｔ 结合而使两者的分离成为百
早在 １４ 年，人ｆ ９５ ｆ 骊牾
旨ｍＰ作为锕系元素的 （ ）
ｍｏ】在脂肪族稀释剂０ 】） ／ 一 ＿ Ｈ 或 ＩＯ Ａ ） Ｓ Ｐ Ｒ中形成的混合溶剂 从 Ｈ ０ 溶液中萃取 Ｕ Ｖ） ｕ Ｖ 、Ａ Ⅱ 和重要的竞争 Ｎ ３ （１ 、Ｐ （ ） ｍ（Ｄ １
ｏｙ ｅ￣ ａｋｎ ｇ ｓ ｕｈａ Ｉ ｘ ｇｎ ｍ ｆｇ ；ｌ ｃ Ｓ［ ｉ ａｄ ｓ ： ＣＶＰ ｄｍａ ｖ ｉ ， 】Ⅱｃ妇 Ｉ． ｉ ｒ ｙ ｘ３ １ ｎ ｉ ｅｖｌ ｅ Ｉ ［ 。． 蚰 ｇ Ｅ ＩＯ ａ ２ ｎ ｌ￣ｎｄ ａ １ ＿ ｎ ｇｌ ｌ ｍｅ－０ ｄｔｄｒ ａｖ ￣ １０ ｎ‘ 舡 ｏ ｅ ０ ｉｍ ｇ ｄＣ ａ ｓ ｉｉ ｇ ｘ
摘 要： 概述了 ２ 世纪 ５ 年代至 从 ０ Ｏ 今国内 外用于 从高放废液中 溶剂萃取 分离 次锕系 系 瑚 有机萃取剂的 进展。 价了 研究 评 含氧配体
Ｃ Ｐ Ｃ Ｐ ￣ ＝酰胺， Ｍ 、ＭＯ 含硫配 体ｑＩ ． １ ａ ３ 及其衍 ｌ ０ １ 生物，＇ ， ￣ Ｔ Ｔ 、 Ｔ 、 Ｔ Ｐ １Ｅ 及其衍生 ＰＺ Ｂ Ｐ Ｂ Ｂ 、 Ｐ Ｎ 物等 各类萃 取剂的 萃取 性能。归 纳并比 各类 较了 萃取剂的 优缺点， 并展望了 总结 各种萃取剂应用于酸陛 废液中 高放 有效分离 次锕系 和镧系元素的 应用前景。 关 键词： 次锕系元素； 镧系元素； 萃取剂； 研究 进展 ， 放废液 高
Ａｂ ｔａ ｔ ｓｒ ｃ：
ｐ ｐ ￣ｖｅ ｅｐｏ ｔ ￣ ｏ ａ日 ｉ ｗｓ１ ｒｇｗ ｆ。（ ｈ
Ｓ￣ Ｓｉ ｈ ｆ ｃｉｅｐ ｒｄ ￣ｎ ｆｍｉｏ Ｏｉｉｅ ｎ ｎ￣ ｉｅ ｔｎｈ ｔ Ｉ ｎｔｅｅ ｅｔ ａｅ ｏ ｇ ｏ ｖ ｎ ｒａ ｎｄ ｓａ ｄ ｌ ａ ｄ ｓｔａ ｉ
：
相比氧原子，使用软配体原子 （ Ｎ、Ｓ和 ｃ）可以很 如 １
好地实现 ｌ 和 Ｌｌ 的分离 ㈣ Ｉ （ Ⅲ） 。在许 多试 图改 善 Ａ ／ｎ ｎ Ｌ
用其电子结构的散小差别。ａ１ 山 圈 ０ ｐ 认为 ， 锕系元素中 ５ 分离的研究中，人们利用这—特点，设计了新的含有软原子 ｆ
基团的试剂。 除了这些 ， 通过在分子平台上再加 入 螯合基团，
嘲 琪放 射瞄挈言才可以接 ＿天然钮 放射 水 ； 匠 晰 平 眷悔ＭＡ ｓ 有 扮离 ， 将可以减少高放废物 固化的体积，鼓ｊ 一步嬗
变处理。因此，如何实现次锕系元素的有效分离成为核电发 展关注的焦点。 为了有效降低核废液对环境的危害， 人们提出了分离嬗
变
思想 ，即先将长寿命放射性核素从高放废液中分离
耐
ｒ ｉａｖ ｕ ａｅＨ Ｗ）ｈｅ１５ｓＯ ｒｅｉ ｏｓ ｌ ＷＣｏ ｐ ｆ ｎｒｅｏ ａ ｎｓ ｆｒａｃ ｘａｍｓｎｌ ｉ ａ ￣ ｉ ｌ ｉ ｗ ｓ （Ｅ ｓｃ ０． ｕｒ ｅ ｉｆ ．ｄｏ ｈ ｅ ｄｉ ￣ｏ ａｃ ｒｌ ｉ ｃ ｎ Ｗｃ ａ ｃｄ ｇ ｄ ｅｉ ｄ ｔ ｑ ９ ｖ ｗ ｓｏ １ ｎ ｅ Ｘ ｌ ｒ ｎ ， ｆ ｌ ｄ ｏ ｇ ｉｅ ｔ ｉ ｕ ｎ ｅ ｎ ｋ
…
ｌ＇ Ｏ
≥
％
１ ｌ＇ Ｏ １＇ ｏ １
甲酰
匕兮 （ 图２ ，物 女 口 所示）， 并钶 锈 当的酸陛 液 溶：
中该化台物能够萃取３ Ａ 、Ｃ 和 Ｐ 价 ｍ ｅ ｍ。该化合物既 双功能团减少了 Ｈ Ｏ 和目标金属离子之间对主要的萃取位 Ｎ ３
１
…
叫 “ …‘
Ｘ ｅ ｎｎ Ｚ ａｇ ｎ ｕ ｈｉ ｈ ａｇ ｕ Ｗｅｊ ｇ， ｈｎ Ａ ｙｎ，Ｃ ａＺ ｉｎ ｉ ｆ ２ （． ｆ １ 咖链 Ｄ 孵 叨 吼 砌劫 ， Ｄ 咖 ； ｑ 脚 强 咖 １０７Ｃ ３０２，勋 ２ ． 嘲 Ｖ 妇 １ ０９０￣ ） ０ ４， ０ 叻舶
ａｐｃｔｎ ｉｈ ｔ ａｔｅ ｃ ｉｌｕｄ ｓ ａ ｅａ ｍ￣ ｐ ｌａｏｓｎ ｉｆ ｃｖ ａｉｃｉ ｉｗａｔ ｒ ｖｋ ｔ ｉｉ ｇｙ ｉ ｉ ｄ ｑ ｅｅ
Ｋｅ ｙｗｏ ｄ ： ｎ ｒ ｃｉｉｅ；ｌｎｈａ ｉｅ ｅ ａ ｔｎ ；ｐ ｏ ｒｓ ；ｈｇ ｅ ｅ ｌ ｕｄｗａｔ ｒ ｓ ｍｉｏ ａ ｔ ｄ ｎ ａ ｌ ｎｄ ； ￣ ｃａ ｔ ｒｇ ｅｓ ｉｈｌｖ ｌｉ ｉ ｑ ｓｅ
学乖 量 玮斗 金资助项目（ｏ９１ ｌ１（３ 专珂 ｛ 研 ２ｏ００ １ｏ４） ）
作 名简介： 薛文静（ ８ 一 ） 女， １６ ， ９ 硕士 研究生， 主要胡究方向： 盾 试 『 软 齐恰成及其大 Ｉ 拌４ 孑碚 研究， 弱 学 分膏
通信联系 ＾：张安运，教授，主要研究方向：乏燃料后处理、先进材 、有初合成和色谱分离，ｚａｇｙ ｊ ｅ￣ 料 ｈｎａ＠ｚｒｄ ｍ ｔ
其中在萃取分离流程设计与研究中，
Ｉ … ……
…Ｍ Ａ： 次 锕
有机配体形成萃合物的能力以分配系数（曲来表示， ∞ Ｄ Ａ㈣
系元豢
Ｌ ｐ： Ｉ寿 Ｆ Ｉ 乏 ＝ 命裂片， 物
～
与相邻元素间的分离 旨 以分离因子 １ 表示。 ）
通常含有少量未被萃取的ｕ、ｕ Ｐ 和次锕系Ｇ ＭＡ ） Ａ － － ￣（ ｓ， ｍ、 如
Ｎ 和Ｃ ｐ ｍ，由于这 些谋 的存在 ，
出来，然后在加速器或陕中子反直＝ 唯中转变成短寿命放射陛
核素。 然而 ， 镧系元素 （ 特别是 Ｓ Ｇ 和 Ｅ ） ｍ、 ｄ ｕ 具有很高的
少持续几百万年时１ 司。核废液中主要的放射陛贡献者就是长 寿命的０放射 【 ＿ —次锕系元素Ｏ ： ｌ Ａ 儿 Ｎ 、 ｍ和 Ｃ ｐ ｍ。 这些放 射性核 素的半衰期很长 ，如 ｎ ＿２ ） （ ４ ． ａ， ３２ ２Ａ （￣７ ８ １３）４ ｍ ／＝ ． １ ａ ， １ ２ ４ １６ ４ ｍ ｔ＝ ． ￣０ ａ ２Ｃ （２８ × 口 Ｎ 应 ． ｘ０ ３ ｌ ３ ，５ １ ５ ７ ＿１ ａ ） 。图 １为每屯 料放射陛毒 数随时间的变化隋 指
１
分 离９ ｏ ０ｏ ／
ＭＡ和 Ｌ Ｐ Ｆ
１
含氧配体具有很大的范围， 如磷酸盐、亚磷酸盐、磷氧
化物、氨基化合物、碳酸、 酮、口 定 Ｈ Ｎ氧化物和酚类。 著名
的含氧配体化合物是 Ｃ ｓ Ｃ Ｏ 。 ＭＰ 和 ＭＰ ｓ
帅
ｌ
１ Ｎ 二乙胺甲酰甲撑膦酸二己酯（ｍ）Ｃ 或 Ｃ ） ． １ Ｄ Ｅ ＭＰ ＭＰ 在 ２ 世纪 ６ 年代早期， ｉ ａｔＶ ０ ０ Ｓ ｄｌｅ ｌ 了 ｄ ｌ－合成 ＿ 二齿氨基 ｌ 一ｊ
况下， 其放射｝ ｝ ｌ寺 ４ 万 ａ 生 毒宅 至 续 ０ 对 才可以搦 丘 天然铀的
收稿日 期： ０２ ３ ９ ２ １ ０－ － ０ 蔷 页目：国家自 基金资助项 （０７１３；高 学 秤 ２ ８１０）
元素和镧系元素具有相似的离子半径和化学 陛质， 两者的分
离相当困难。锕系元素和镧系元素都属于 ｆ 元素 ， 离子存在