使用BTPs类络合剂高效分离次锕系核素的新方法研究

次锕系元素（MA=Am，Cm等）是乏燃料后处理产生的高放废液（HLLW）中对人类环境具有长期潜在放射性危害的决定性核素。将它们从HLLW中分离并进行嬗变处理是根本的解决途径。Am，Cm与镧系元素的化学性质极为相似，相互分离非常困难，是MA分离技术的关键。本研究旨在探讨利用以N为配位原子的新型BTPs类络合剂（R-BTP，R-BTBP）的萃取色层技术以及溶剂萃取技术分离次锕系核素的新原理和新方法。首先设计合成对Am，Cm具有高选择性、耐酸和耐辐照性良好的BTPs类络合剂；一是将其制成固体吸附剂，通过萃取色层技术进行分离；二是将其溶解于离子液体，通过溶剂萃取技术进行分离。分别就两种技术体系，对MA与共存元素的分离性能和化学稳定性进行实验评价，并利用EXAFS和量子化学计算探究反应机理，优化BTPs的分子结构和分离体系，以建立高效分离MA的先进技术，为分离-嬗变提供可靠的科学依据和技术基础。

次锕系元素是HLLW中对环境具有长期潜在放射性危害的决定性核素。本研究旨在探讨利用以N 为配位原子的新型BTPs 类络合剂（R-BTP，R-BTBP）的萃取色层技术以及溶剂离子液体萃取技术分离次锕系核素的新原理和新方法，并探究了其分离反应机理，为分离-嬗变提供技术基础。.在萃取色层分离方法研究中，合成了多种BTPs类络合剂，包括isoButyl-BTP、isoHexyl-BTP、isoPentyl-BTBP、CA-BTP、CyHeptyl-BTP和Me2-CA-BTP等，并制备了多孔硅基吸附剂BTPs/SiO2-P。吸附剂在一定的硝酸浓度范围对Am(III)具有高度的吸附选择性，并具有一定的耐硝酸和耐γ射线辐照稳定性。吸附反应符合准二级动力学模型和Langmuir吸附模型，是自发进行的、熵驱动的吸热反应。利用EXAFS解析了随着Ln(III)原子序数的增加，配位键Ln(III)-N有效键长逐渐减小，从理论上解释了isoHex-BTP/SiO2-P对Ln(III)原子序数的增加，而吸附能力逐渐增强的实验结果。动态色谱柱分离实验中，Am(III)可以从HLLW共存离子中有效地分离出来。.在BTPs/离子液体体系萃取分离MA研究中，表明离子液体体系isoBu-BTP/[Cnmim][NTf2]在低浓度硝酸溶液中对Am(III)和Eu(III)具有较好的吸附选择性。.以BTP/SiO2-P吸附剂为基础的萃取色层法和以BTP/离子液体体系为基础的液-液萃取方法形成优势互补，扩展了BTP类络合剂在次锕系核素分离中的应用潜力。.在理论研究方面，采用相对论量子化学方法，详细地研究了次锕系和镧系元素的配位化学性质，寻找配合物中5f和6d电子的成键规律；结合实验研究结果，考察BTP、 BTPhen等配体对次锕系元素和镧系元素的萃取能力差异，为实验设计镧锕分离配体提供理论依据。.通过该研究，首次提出采用氟化铀挥发法与色谱分离技术相结合的先进乏燃料后处理流程：首先将乏燃料通过机械或热处理方法剥离包壳后，进行高温氟化处理，利用UF6的高挥发性分离回收90%以上的铀；然后采用新型多孔性硅基吸附剂的色谱分离工艺（湿法）系统地分离回收残留乏燃料的硝酸溶解液中所有锕系及各种关键裂变产物核素。.