新型多孔含氮螯合树脂对铀钍等放射性元素的分离与富集

Ion exchange is one of the important process of enrichment and separation of uranium and thorium mining and metallurgy. The aim of this study is to graft alkyl imide as a chelating functional groups onto chloromethylated resin, and then apply the new resin to separate/enrich the actinides in uranium resources (particularly uranium and thorium). Firstly the chemical modification of products involved grafting process is characterized specificly, and then the structure and morphology of the alkyl imide resin is analyzed. Secondly the various impact of physical-chemical parameters for ion exchange of actinides on alkyl imide resin through the static, dynamic method and a series of thermodynamic and kinetic studies are carried out in order to achieve the goal of separation and enrichment of actinides using different concentrations of the different types of eluent. Thirdly carbon chain length of new alkyl imide resin and its the carbon chain degree associated with actinide separation coefficient. The model between saturated adsorption capacity of alkyl imide resin and actinide adsorption index is investigated too. This study not only conforms to the trend of low-carbon technology, and but also relates to the nuclear fuel, reprocessing of uranium resources in the process of effective utilization of nuclear energy for sustainable development.

离子交换是铀钍水冶过程中实现浓缩分离的重要工艺之一。本研究拟将烷基酰亚胺作为螯合功能团接枝到氯甲基化树脂上，进而应用该新型树脂来分离富集铀钍资源中锕系元素（特别是铀钍）组分。本课题将首先对接枝过程涉及到的化学改性产品进行具体表征，然后分析烷基酰亚胺树脂的结构和形貌；通过静态、动态法研究烷基酰亚胺树脂吸附锕系元素时各种物理化学参数的影响，开展系列热力学和动力学研究；通过采用不同类型不同浓度的洗脱剂实现分离富集锕系元素的目标；最后归纳新型烷基酰亚胺树脂碳链长短、碳链支链化程度与锕系元素分离系数关联程度，烷基酰亚胺树脂饱和吸附容量与锕系元素吸附指数之间模型关系。本研究不仅符合低碳技术发展的趋势，而且关系到核燃料前、后处理工艺中铀资源的有效利用与核能的可持续发展。

随着我国核能事业的快速发展，对铀资源的需求也大幅度攀升，开展针对铀矿开采废水的处理研究对于我国核环境安全及能源安全意义重大。离子交换是铀钍水冶过程中实现浓缩分离的重要工艺之一，对称的二烷基酰亚胺中两个C=O共一个氮原子对铀具有很强的络合作用，稳定的聚苯乙烯-二乙烯苯树脂骨架又利于铀在大孔中扩散，本项目拟将烷基烷基酰亚胺配体作为螯合功能团接枝到树脂上，从而实现锕系元素的固相萃取与分离具有较好的理论与应用价值。.主要研究内容包括六个部分（或阶段）：多种酰氯、酰胺及二烷基酰亚胺等中间体合成和表征，苯乙烯-二乙烯苯微球（白球）合成和表征，苯乙烯-二乙烯苯氯甲基化微球（氯球）及表征，系列大孔二烷基酰亚胺树脂合成和表征，系列二烷基酰亚胺对铀钍萃取行为，系列大孔二烷基酰亚胺树脂对铀酰吸附行为。.以氯化亚砜法制备了正丁酰氯、正戊酰氯、正己酰氯、正庚酰氯等4种酰氯，以氨水法在低温下制备了正丁酰胺、正戊酰胺、正己酰胺、正庚酰胺4种酰胺。各酰氯酰胺分析值与理论值吻合。以酰氯为N-酰化试剂，以吡啶作缚酸剂，在冰盐浴搅拌条件下与相同链长的脂肪酰胺发生N-酰化反应，制备了一系列具有对称结构的二烷基酰亚胺。表征结果推断所制备酰亚胺产物与理论值一致。苯乙烯-二乙烯苯的聚合采用悬浮聚合，氯甲基化的苯乙烯-二乙烯苯微球与烷基酰亚胺反应制备得二丙酰亚胺树脂、二正丁酰亚胺树脂、二正戊酰亚胺树脂、二正己酰亚胺树脂、二正庚酰亚胺等5种新型大孔烷基酰亚胺树脂。其五种树脂的官能团含量分别为2.456、2.209、2.484、2.195、2.284 mmol/g。.以二烷基酰亚胺为萃取剂，以大孔烷基酰亚胺树脂为离子交换剂，考查了时间、温度、水相硝酸浓度、盐析剂及不同稀释溶剂等对富集分离铀酰/钍的影响，推导了分离动力学与热力学。.本项目的执行，有助于丰富锕系专用离子交换剂及萃取剂类型，也将推动铀素分离技术向前发展。