同步辐射技术研究模拟高放废液中低价态鍀形态及其在玻璃固化材料中的行为

The remediation of HLW ( high-level liquid waste) is urgent, and technetium in HLW is harmful to environment and human being due to easy transportation in the environment. There are three methods to deal with technetium in HLW: (1)the separation of TcO4- with extraction, (2)vitrification, (3)transmutation into the stable nuclide. In the present, the vitrification is a practical method, and the species of technetium is very important to the effect on the environment after the vitrification of technetium. There are many reports about the behavior of TcO4- in the process of vitrification and the effect on the environment but less about the behavior of the lower-valent technetium complex in the process of vitrification, which was proved to exist in the HLW. Therefore, the researches are developed from the following aspects:(1)the synthesis of the lower-valent technetium complex in simulated HLW; (2)the analysis of the lower-valent technetium complex in simulation HLW by synchrotron radiation-based techniques; (3)the study on the behavior and distribution of technetium in the vitrification by synchrotron radiation-based techniques. Those researches may disclosed the behavior and distribution of technetium in the vitrification and provide with theory foundation on the optimism process of the vitrification, at same time, establish the foundations on the safety of the HLW.

高放废液的处置已经是一个亟待解决的问题，其中的鍀因为在环境中很容易迁移而对环境的安全和人类的健康带来潜在的危险，而高放废液中的鍀处理方式有三种：从溶液中分离高鍀酸根；玻璃固化；嬗变为稳定的核素。现阶段，玻璃固化是一种较现实的方法，而鍀的形态在玻璃固化以后对环境的影响有密切的关系，高锝酸根在玻璃固化过程中的行为以及玻璃固化以后对环境的影响已经有很多的报道，但是对于低价态鍀的络合物在玻璃固化中的行为报道还很少，且又有很多的报道证明在高放废液中存在各种低价态鍀的络合物，为此本研究开展以下几个方面的研究：(1)模拟高放废液中低价态鍀络合物的合成；(2)同步辐射技术分析模拟高放废液中低价态鍀络合物的形态；(3)同步辐射分析低价态鍀络合物在玻璃固化中的行为。这些研究结果可以揭示低价态鍀络合物在玻璃固化中的行为，为高放废液的玻璃固化工艺的优化提供理论依据，同时为高放废物的安全处置奠定基础。

高放废液的处置已经是一个亟待解决的问题，其中的鍀-99对环境的安全和人类的健康带来潜在的危险。高放废液中的鍀的存在方式有低价态的锝及高鍀酸根；而高放废液中的鍀处理方式有从溶液中分离高鍀酸根，玻璃固化及嬗变为稳定的核素。玻璃固化以后鍀的形态对环境的影响有密切的关系，高锝酸根在玻璃固化过程中的行为以及对环境的影响已经有很多的报道，但是对于低价态鍀的络合物在玻璃固化中的行为报道还很少，因此低价锝的制备尤为重要，为此本研究以铼代替锝进行了如下几个方面的研究：(1) 模拟高放废液中低价态铼/鍀络合物的合成: 用高铼酸根代替高锝酸根，进行了无机还原剂，有机还原剂对高铼酸根的还原制备低价铼，并考察络合物DTPA, EDTA, NTA, 偕胺肟等对其低价铼形态及稳定性能的影响，采用紫外-可见光谱、ESI-MS、XPS、EXAFS等表征手段研究低价铼的形态，获得了一系列的低价铼的络合物并收集了其EXAFS数据，完善了铼的配位化学，为进一步研究低价锝配合物的制备及形态分析奠定了方法学及配位理论基础；(2)建立了毛细管电泳电感耦合等离子体质谱联用技术测定还原体系中低价及高价Re含量的方法，该方法TRe和Re(VII)的线性范围为0-200 μg·L-1。TRe的检出限为0.02 μg·L-1，Re(VII)的检出限为0.01 μg·L-1。TRe的RSD为3.0%，Re(VII)的RSD为1.5%，此研究为后处理流程中同时测定不同形态锝的含量奠定了基础；(3)开发了一种新型光催化还原剂（共价有机聚合物（pTTT-Ben））用于酸性条件下从水溶液中还原高铼酸根离子成为四价和一价的铼，为锝的价态调控提供了一种环保节能的新方法，是一项开拓性的工作；此外还构建并合成了一系列阳离子共价有机聚合物如联吡啶及胍基的阳离子型共价有机框架材料，并研究其对高铼酸根的吸附行为和机理，搭建了聚合物结构，形貌和吸附行为的关系，并筛选出在弱酸性条件下选择性地吸附高铼酸根离子（实验饱和吸附量可达730.54 mg ReO4- g-1），对汉福特工厂的模拟料液进行吸附，其在很短的时间内可以达到排放标准。这些研究结果为高放废液中锝的处理奠定了基础。