[发明专利]一种邻菲罗啉衍生的萃取剂及其制法和应用

说明书

本发明提供了一种邻菲罗啉衍生的萃取剂及其制备方法和应用，该萃取剂的结构式如下：本发明的萃取剂合成简单，萃取动力学快(10min达到萃取平衡)，镧锕分离效果好，仅含有C、H、O、N四种元素，焚烧时不产生二次放射性固体污染，因而在乏燃料后处理中镧锕分离方向具有广阔的应用前景。

技术领域

本发明涉及核燃料循环中乏燃料后处理领域，具体涉及一种邻菲罗啉衍生的萃取剂及其制备方法和应用。

背景技术

为了解决日趋严重的能源危机、环境污染以及气候变化等问题，核能作为一种清洁能源，受到大家的广泛重视。乏燃料后处理是核燃料循环的中心环节，对于环境安全和核能的可持续发展意义重大，已成为制约核能可持续发展的关键问题之一。传统的后处理工艺，主要是Purex流程，其目的主要是回收乏燃料中铀和钚，然而这种处理后的乏燃料会产生大量的高放废液(High-level liquid waste,HLLW)，并且这种废液中仍然含有长寿命的放射性，⁹⁹Tc、¹²⁹I、錒系元素(Ans)、镧系元素(LnS)等，会对环境造成长期的放射性危害。为了降低HLLW的高放射性和高化学毒性的危害，就必需通过嬗变的方式使得锕系元素转变为短寿命核素。镧系元素具有较大的中子吸收截面，在嬗变过程充当了中子毒剂的作用，为了使嬗变反应顺利的发生，就必须在嬗变前将镧系元素分离出来。然而，镧系元素和锕系元素具有非常相似的化学性质，这对镧-锕分离带来巨大困难。

溶剂萃取法是目前在镧锕分离中最常见的分离方法，其主要是根据有机相中萃取剂对锕系元素和镧系元素的配位能力的差异，表现出选择性的萃取能力，从而达到分离镧系元素和锕系元素。根据理论表明，锕系元素相比镧系元素偏软，其倾向于含硫，含氮的软配位原子结合配位，利用这种差异可以实现锕分离。

Cyanex 301(二-(2,4,4-三甲基戊基)二硫代次膦酸)是目前最典型的含硫萃取剂，其能从镧系离子中高效的分离出锕系元素，即对锕系元素表现出优秀的选择性萃取能力，从而吸引大量的科研工作者的兴趣，并在此基础上发展了大量改进型的含硫萃取剂。虽然Cyanex 301在镧锕分离萃取中，在pH＝3.0下，其Am/Eu的分离因子(SF_Am/Eu)高达5900(ZhuY.J.；Chen J.；Jiao R.Z.Solvent Extr Ion Exch.1996,14,61-68.)，但是这种萃取剂只能在较高的pH值下(pH＝3-4)才能表现出对Am/Eu的选择性萃取的能力，实际的HLLW其酸度在0.1-4mol/L之间，这必须需要对HLLW进行中和处理，额外的处理必将增加放射废物的量，使得工艺流程复杂化，不利于工业化生产。其次，硫代次膦酸类的萃取剂高酸度下易发生脱硫氧化，并且辐照稳定性差，转变后物质对锕系离子丧失了选择性萃取能力。另外，这种类型的萃取剂不满足“CHON”萃取剂设计原则，在焚烧过程中可生成二次固体污染物(例如P₂O₅)。

相比于含硫萃取剂，含氮类萃取剂化学和辐照稳定好，并且在高的酸度下对锕系离子表现出很好的选择性萃取能力。另外此类萃取剂可以完全燃烧，残留废物少。因此，含氮类萃取剂在实现镧锕分离方面更具有前景。在这类萃取剂中，CyMe₄-BTBP和CyMe₄-BTPhen是其中杰出代表。