鈾(Ⅵ)的離子液體萃取及其在有機(jī)相中的電化學(xué)行為研究.pdf

1、離子液體又稱(chēng)稱(chēng)室溫熔融鹽，是全部由特定的陰離子和陽(yáng)離子組成在室溫或近室溫下呈液態(tài)的熔鹽系統(tǒng)。離子液體具有低沸點(diǎn)；較高的熱穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性；優(yōu)越的溶解性能；極低的蒸氣壓；杰出的電化學(xué)性能和易回收，可設(shè)計(jì)等許多傳統(tǒng)溶劑和電解質(zhì)無(wú)法相比的突出優(yōu)點(diǎn)。這些優(yōu)點(diǎn)使得離子液體在萃取和電化學(xué)還原金屬離子方面展現(xiàn)出了良好的前景。
　　本論文探索性地使用“干法與水法”相結(jié)合的乏燃料后處理方式，即首先采用水法將鈾(VI)由水相萃入離子液體相，然后采用

2、電化學(xué)方法從離子液體有機(jī)相中電沉積分離鈾。本文使用的溶劑為三種常見(jiàn)的咪唑離子液體1-丁基-3-甲基咪唑六氟磷酸鹽（[C4mim][PF6]），1-丁基-3-甲基咪唑雙三氟甲基磺酰亞胺鹽（[C4mim][NTf2]）和1-己基-3-甲基銨雙三氟甲基磺酰亞胺鹽（[N1116][NTf2]），并研究了各個(gè)體系對(duì)鈾的萃取分離及電化學(xué)行為，實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示了離子液體在萃取電化學(xué)分離鈾方面具有良好的效果。
　　本文分別系統(tǒng)研究了磷酸三丁酯（TBP

3、）/[C4mim][PF6]體系，磷酸三丁酯（TBP）/[C4mim][NTf2]體系，三辛基氧膦（TOPO）/[N1116][NTf2]體系，Et(p)TDPA/[C4mim][NTf2]體系對(duì)鈾酰離子的萃取及鈾（VI）在萃取后有機(jī)相中的電化學(xué)行為。實(shí)驗(yàn)主要通過(guò)電化學(xué)測(cè)試信號(hào)和化學(xué)分析技術(shù)對(duì)電沉積物成分分析，并最終得出相應(yīng)的電化學(xué)還原機(jī)理。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，前兩種 TBP/離子液體體系中鈾（VI）萃取分配比均比傳統(tǒng)溶劑中更高，兩者均為中性

4、萃取，萃合物為[UO2(NO3)]?2TBP。前者中鈾（VI）單步雙電子還原為鈾（IV），但并未生成電沉積物；后者鈾（VI）兩步單電子還原為鈾（IV），且電沉積產(chǎn)物為磷酸鈾（U3(PO4)4），繼續(xù)高溫分解后生成產(chǎn)物焦磷酸鈾（UP2O7），電流效率為32.3％。第三種三辛基氧膦（TOPO）/[N1116][NTf2]體系中UO22+的被萃取過(guò)程為陽(yáng)離子交換機(jī)理，萃合物為[UO2(NO3)(TOPO)3]2+。鈾（VI）經(jīng)過(guò)兩步單電子還原

5、為鈾（IV），且得到多邊形顆粒電沉積物 UO2，還原過(guò)程電流效率為26%。第四種 Et(p)TDPA/[C4mim][NTf2]體系中 UO22+的被萃取過(guò)程為陽(yáng)離子交換機(jī)理，萃合物為[(UO2)2?(Et(p)TDPA)n]4+(n=3或 n=2,4)，且鈾（VI）經(jīng)過(guò)單步雙電子還原為鈾（IV），擴(kuò)散系數(shù)D為2.7×10-9cm2·s-1，但并未得到電沉積物。
　　鈾（VI）在 TOPO/[N1116][NTf2]，Et(p)T