Nanoscopic structures for separating radioactive metal ions in liquid-liquid extraction

用于液液萃取中分离放射性金属离子的纳米结构

• 批准号: 22H02010
• 负责人: 元川 竜平
• 金额: $ 11.23万
• 依托单位: Japan Atomic Energy Agency
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
• 财政年份: 2022
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2022-04-01 至 2026-03-31
• 项目状态: 未结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-22H02010/
• 关键词: 化学分離; ナノ構造; 中性子小角散乱; 中性子反射率; 中性子反射率測定; クラスター; 溶媒抽出; 中性子散乱; 分離; 小角散乱

水相と油相間の物質移動を利用する液－液抽出分離において、複数の溶質分子がつくるナノサイズの集合構造と金属イオンの分離挙動の解明に着目した研究を進めた。４価のジルコニウムイオンを用いて核燃料再処理プロセスを模擬した分離システムについて、中性子小角散乱測定とX線吸収広域微細構造測定を行ったところ、油相中では硝酸ジルコニウムとリン酸トリブチル（TBP）による抽出錯体がクラスター構を形成することが明らかにされていた。このクラスター形成には、水素結合を中心とした分子間力が作用していると考えられていたが、それだけではクラスターを形成する抽出錯体の会合数を決定する因子や、硝酸、水分子の関与を明らかにすることができなかった。この点を明らかにするため、英国マンチェスター大学のAndrew Masters教授と共同で密度汎関数理論（DFT）計算と分子動力学（MD）計算を用いた検討を行った。その結果、抽出錯体のクラスター形成には、錯体の立体異性体の寄与を考慮する必要があることを明らかした。中心金属に対するTBPの配位方向が対象であればトランス体、非対称であればシス体になるが、シス体はトランス体よりも疎水部が表面に露出するためクラスターを形成しやすい傾向を示した。トランス体とシス体で、１錯体の自由エネルギーに大きな差は現れなかったが、クラスター形成時には十分なエネルギー差が生じることが示唆された。今後、構造科学的実験結果との比較に加え、金属イオンの分離特性との関係を詳細に考察する必要がある。また、液－液界面とバルク油相内においてマロンアミド化合物がつくるナノ構造が、金属イオンの分離速度と分離選択性に与える影響についても検討を行っている。ここでは、重水素化マロンアミドの合成方法を確立することに成功している。次年度以降の中性子反射率測定を用いた構造解析にこれらの物質が利用される。

The study of liquid-liquid extraction and separation of solute molecules in aqueous phase and oil phase has been carried out. 4. Nuclear fuel reprocessing simulation, neutral particle small angle scattering measurement, X-ray absorption domain microstructure measurement, nitric acid reprocessing (TBP), extraction of fault structure formation in oil phase. The intermolecular forces acting on the center of the water molecule bond determine the number of bonds between nitric acid and water molecules. Professor Andrew Masters of the University of Cambridge, UK, and the Department of Molecular Dynamics (MD). As a result, it is necessary to take into account the formation of dislocations and stereoisomers. The coordination direction of the central metal is opposite to that of the metal. When the body is formed, the difference between the body and the body is very large. In the future, it is necessary to investigate in detail the relationship between the results of structural science and the separation characteristics of metals. The structure, separation rate, separation selectivity and influence of compounds in liquid-liquid interface and oil phase are discussed. The synthetic method of this kind of compound was successfully established. In the next year, the measurement of the reflectance of the medium was carried out by structural analysis and the utilization of the medium.

项目成果

フランス原子力庁(CEA), マルクール分離化学研究所(ICSM)/フランス国立科学研究センター(CNRS)/モンペリエ大学(フランス)

法国原子能机构 (CEA)、马库分离化学研究所 (ICSM)/法国国家科学研究中心 (CNRS)/蒙彼利埃大学（法国）

コロラド鉱山大学(米国)

科罗拉多矿业学院（美国）

Deuterated Malonamide Synthesis for Fundamental Research on Solvent Extraction Systems

用于溶剂萃取系统基础研究的氘代丙二酰胺合成

• DOI: 10.1080/07366299.2023.2166351
• 发表时间: 2023
• 期刊: Solvent Extraction and Ion Exchange
• 影响因子: 2
• 作者: Micheau Cyril;Ueda Yuki;Akutsu-Suyama Kazuhiro;Bourgeois Damien;Motokawa Ryuhei
• 通讯作者: Motokawa Ryuhei

抽出錯体溶液のつくる階層構造とそのナノ構造解析

提取复杂溶液产生的层次结构及其纳米结构分析

• 发表时间: 2022
• 作者: Okada Go;Ikenaga Noriaki;Koguchi Yasuhiro;Yanagida Takayuki;Kasap Safa;Nanto Hidehito;元川竜平
• 通讯作者: 元川竜平

マンチェスター大学(英国)

曼彻斯特大学（英国）