基于乏燃料处理的咪唑基离子液体的辐射稳定性及构效关系研究

核电的大力发展将会产生大量的放射性核废料，造成严重污染，乏核燃料的处理是核电发展急需解决的重要问题。传统的乏燃料后处理工艺存在一些技术和安全问题。离子液体由于高的萃取效率、辐射稳定性和安全性，作为新一代溶剂在高放射性核素的分离方面具有巨大的潜在价值。然而离子液体的有机阳离子和阴离子，尤其是阳离子的辐射分解会引起性质的变化，影响其应用。本项目针对咪唑阳离子辐射化学分解的初级过程和芳香族化合物较高的辐射稳定性及辐射保护作用，基于离子液体的可设计性特点，对阳离子进行设计，对三类不同取代形式的咪唑离子液体1-丁基-2,3-二甲基咪唑、1-苄基-3-甲基咪唑和1-丁基-3-苯基咪唑离子液体的辐射化学稳定性及辐射化学分解的机理进行研究，探讨咪唑离子液体的结构与辐射稳定性之间的构效关系，发现规律性认识，进一步加深对咪唑离子液体辐射化学行为的理解，为离子液体用于乏核燃料的萃取分离提供理论及应用指导。

针对咪唑阳离子辐射化学分解的初级过程和芳香族化合物较高的辐射稳定性及辐射保护作用，从分子设计的角度出发，对几种不同取代形式的咪唑离子液体和吡啶基离子液体：1-丁基-2,3-二甲基咪唑、1-苄基-3-甲基咪唑和1-丁基-3-苯基咪唑和1-苄基3-苯基咪唑离子液体的辐射稳定性进行了研究。结果表明，C2位的H被甲基取代，将会增加咪唑阳离子的辐射稳定性，减小阳离子的辐射分解，因而提高咪唑基离子液体的辐射稳定性。侧链引入苯环后咪唑类离子液体的辐射化学稳定性增强，侧链初级辐解主要表现为N-Bn和C-Ph的断裂。吡啶类离子液体也具有高的辐射稳定性，BnPy类离子液体的辐射稳定性高于BuPy类离子液体，辐解的初始过程主要是阳离子侧链C-N键断裂。合成了十种硼酸盐离子液体，并鉴定了结构。以bmimFeCl4为前体，在离子液体 bmimCl存在下，通过机械化学法合成了纳米化FePO4/MWCNTs复合材料。做为锂离子电池正极材料，FePO4/MWCNTs表现出高的电容及良好的循环稳定性。合成了两类多孔氮掺杂空心碳微球PNHCS及多孔掺氮碳微球PNCM和A-PNCM，做为超电容电极材料，三者都表现出优异的比电容及循环稳定性。