六价铀镎钚与CHON型有机配体在水溶液中的络合化学研究

To meet the requirement of safe utilization and sustainable development of nuclear energy, advanced fuel cycle system with more efficient and environmental benign separation processes are in urgent demand. Complexation of actinide with various organic/inorganic ligands has become a subject of substantial interest due to its critical role in advanced fuel cycles. Fundamental understanding of the actinide complexation in solution could help us predict and precisely control the behavior of actinide in separation processes and environmental migrations. In this project, the complexation of hexavalent ions of three most important actinide, i.e., U, Np and Pu with a series of organic ligands (only contain atoms from CHON) in aqueous solution will be studied systematically by utilizing various thermodynamic and spectroscopic techniques such as microcalorimetry and UV-Vis-NIR spectroscopy. Thermodynamic parameters including stability constants, enthalpy and entropy of the complexation of the three isostructural actinide cations will be determined. With the thermodynamic information from this study, we will also explore the driving force of the complexation and coordination modes of the complexes, and, most importantly, try to establish a structure (of the ligand and actinide) – property (complexation behavior) relationship. This study will not only help us further understand the fundamental chemistry of actinide ions, but also could provide some basic guidelines for developing advanced actinide separation process and reliable technique for nuclear waste management.

为了实现核能的安全利用及可持续发展，需要发展和建立更加高效和环境友好的核燃料循环体系。在核燃料循环体系的开发中，锕系元素与各种有机/无机配体的络合化学起着十分重要的作用。了解锕系元素的络合化学行为，有助于解释和预测锕系元素在分离过程和环境迁移中的行为，并最终实现对锕系元素化学行为的精确控制。在本项目中，我们选择三种关键锕系元素铀镎钚的六价离子U(VI)、Np(VI)及Pu(VI)作为研究对象，通过综合运用光谱学、量热学等手段，重点研究它们在水溶液中与一系列只含CHON原子的有机配体之间的络合行为，获得络合作用的热力学参数，了解络合过程的驱动力以及络合模式，并尝试建立基本的结构-性能关系（络合性能随锕系离子结构以及配体结构的变化关系）。本项目不但可以帮助我们进一步理解锕系元素的基本化学行为，也将为我国发展和建立先进的锕系元素分离流程及安全可靠的核废物处理处置方法等提供更多的基础数据储备。

为了实现核能的安全利用及可持续发展，需要发展和建立更加高效和环境友好的核燃料循环体系。在核燃料循环体系的开发中，锕系元素与各种有机/无机配体的络合化学起着十分重要的作用。了解锕系元素的络合化学行为，有助于解释和预测锕系元素在分离过程和环境迁移中的行为，并最终实现对锕系元素化学行为的精确控制。在本项目中，我们选择三种关键锕系元素铀镎钚的六价离子U(VI)、Np(VI)及Pu(VI)作为研究对象，研究了它们在水溶液中与一系列只含CHON原子的有机配体之间的络合行为，获得络合作用的热力学参数，了解络合过程的驱动力以及络合模式，建立了基本的结构-性能关系（络合性能随锕系离子结构以及配体结构的变化关系）。另外，通过本项目资助，我们还研究了非水溶剂体系（离子液体、乙醇等）中镧系或锕系离子的络合行为。本项目所得研究成果帮助我们进一步理解了锕系元素的基本化学行为，也为我国发展和建立先进的锕系元素分离流程及安全可靠的核废物处理处置方法等提供了更多的基础数据储备。