离子液体在核燃料干法后处理中的应用

为了解决能源问题，大力发展核能已经成为我国目前发展的重要任务。而核电可持续发展的必由之路在于闭式循环，即核燃料后处理来实现。目前在后处理技术中，水法和基于熔融盐的传统干法后处理还面临许多技术难题。离子液体是理想的绿色溶剂，在核燃料后处理中的应用也逐渐成为研究热点。目前，有些研究者把离子液体当作稀释剂进行萃取分离研究，但是与普通煤油稀释剂相比，分离效果并不具有明显优势，另外使用大量的水会造成后处理废液的体积很大，所以这种方法不具有优势。基于我们在离子液体干法后处理方面几年的工作积累，本次申请的项目拟采用实验和理论两种手段研究：核燃料、裂变产物在离子液体中的溶解度随温度变化的规律，及其在核燃料分离提纯中的应用；不同配体对核燃料、裂变产物在离子液体中电化学行为的影响及其在离子液体干法后处理中的应用。本研究工作将为离子液体在核燃料后处理中的应用奠定理论基础和实验依据。

为了解决能源问题，大力发展核能已经成为我国目前发展的重要任务。而核电可持续发展的必由之路在于闭式循环，即核燃料后处理来实现。目前在后处理技术中，水法和基于熔融盐的传统干法后处理还面临许多技术难题。离子液体是理想的绿色溶剂，在核燃料后处理中的应用也逐渐成为研究热点。将核燃料溶解在离子液体中是处理过程中的重要环节。我们发现：UO2在通入Cl2条件下，于优化组成的离子液体中，高温时溶解量大，溶解速度快，降温至室温析出率较大。同时发现ThO2在该条件下无法溶解，非常有利于铀、钍氧化物的分离。我们在室温也可以成功地将二氧化铀溶解在混合离子液体中，放置后铀会以结晶盐的形式析出，析出率高；即便使用钐、铕、钆可溶盐和二氧化铀的混合物，最终溶解后析出产物仍然是仅含铀的盐。这一过程大大降低了处理难度并保证了离子液体在使用过程中的稳定性；并且将干法中氯气溶解和离子液体中结晶分离技术相结合，形成有效易用的分离方法。[Imim]FeCl4也具有氧化性，能少量溶解二氧化铀；加入[Imim]Cl后，二氧化铀的溶解效率大大提高。通过离心分离和三相分离方法可以实现铀和离子液体的回收。整个过程，实际上氧气充当氧化剂的作用，含铁离子液体类似于催化剂作用。在离子液体中膦类配体、酰胺类配体都可以影响铀酰离子、稀土离子的氧化还原电位，而且这两类配体对稀土离子的氧化还原电位影响更加明显，这非常有利于离子液体中核燃料后处理的应用。另外，利用光谱学、串级质谱等研究了铀酰与各种膦类、酰胺类配体与过量硝酸根在离子液体中形成配合物的结构等。 本研究工作为离子液体在核燃料后处理中的应用奠定理论基础和实验依据。