冠醚离子液体萃取体系的辐射化学稳定性及辐解机理研究

为了减少高放废液对人类产生的健康和环境危害，降低高放废物处置的成本，促进核电的可持续发展，本项目针对高放废液中锶离子的去除，以及避免传统有机溶剂的环境污染问题，采用二环己基18冠6（DCH18C6）为选择性萃取剂，以咪唑类离子液体为溶剂，研究该绿色萃取体系的γ和β辐照稳定性和辐解机理。通过结构，物性及萃取性能等来研究离子液体，冠醚离子液体体系的γ和β辐照稳定性，并通过色谱，质谱等手段分析离子液体，冠醚-离子液体体系的辐解产物，同时探讨离子液体存在下冠醚的γ和β辐解机理以及辐解动力学。本项目研究将为高放废液分离的新型绿色萃取体系的设计，以及离子液体和冠醚的γ和β辐射损伤的抑制提供重要的理论和实验依据。

本项目主要针对有望用于分离长寿命裂变产物-90Sr的液液萃取体系：二环己基18冠6（DCH18C6）/1-烷基-3-甲基-咪唑双三氟甲基磺酰胺酸盐([Cnmim][NTf2])离子液体体系的辐照稳定性和辐解机理进行研究，目的是评价该体系的实用性，为先进核燃料循环中液液萃取体系的选择提供理论和实验依据。分别定性和定量分析了冠醚和离子液体的辐解产物，提出了各自的辐解机理。深入研究了冠醚/水体系的辐照效应和辐解机理。研究了冠醚/离子液体体系的萃取行为及其辐照稳定性。合成了一种新型耐辐照非含氟的咪唑离子液体，研究了其辐照稳定性。结果表明：1）DCH18C6固体耐辐照性较好，电子束和γ辐照对其辐照稳定性影响相似。在水溶液中，冠醚与水辐解产生的·OH自由基之间的反应导致冠醚开环，形成不溶于水的两亲性低聚物，并在后续辐照中形成高级自组装体，产物具有温度、pH和金属离子敏感性。水溶性环醚水溶液都有类似的辐解机理。2）[Cnmim][NTf2]辐照后颜色加深，氢键作用减弱，有酸性物质和少量气体产物生成。有色物质主要包括阳离子二聚体，含双键侧基的阳离子，含氟取代的阳离子以及阳离子聚集态等。水溶性酸性物质主要包括HF和CF3SO2NH2。气体产物主要是H2等。根据辐解机理，将C(2)—H用甲基取代可以抑制阳离子自由基的偶联反应，抑制辐照变色。将[NTf2]–改为邻磺酰苯甲酰亚胺盐[SAC]–，可减少含氟物质形成，可通过分散电荷，自由基清除等作用进一步提高该类离子液体的辐照稳定性。3）DCH18C6/[Cnmim][NTf2]萃取体系辐照后对Sr2+萃取性能下降的原因主要是离子液体辐解产生的H+和Sr2+竞争同萃取剂的络合，以及萃取剂在离子液体相的辐解。水洗处理是最简单有效改善辐照后体系萃取性能的方法。.基于以上研究，建议采用含C(2)—CH3的咪唑阳离子和[SAC]–阴离子的疏水性离子液体与疏水性强的冠醚复配体系是有望用于先进核燃料循环的辐照稳定性更强的萃取体系。基于冠醚水溶液的辐照效应，建立了一种简单高效制备环境敏感型聚合物的新方法。发表文章11篇(包括1篇接收)，SCI收录9篇，国内一般期刊1篇（邀请稿）。申请中国专利1项。培养博士生2名，硕士生3名。