常温無機イオン液体を用いたウランの電解還元による回収及び反応メカニズムの解明

室温无机离子液体电解还原回收铀及反应机理的阐明

• 批准号: 22760672
• 负责人: 上原 章寛
• 金额: $ 2.5万
• 依托单位: Kyoto University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
• 财政年份: 2010
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2010-04-01 至 2013-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/grant/KAKENHI-PROJECT-22760672/
• 关键词: ウラン; 電解還元; 再処理; XAFS; 溶液化学; 無機イオン液体

使用済燃料の再処理技術として現在PUREXによる湿式再処理法とともに高温溶融塩に代表される乾式再処理法が検討されている。本研究では、高温溶融塩に代わる媒体「無機イオン液体」を用いてまず(1)ウランイオンの酸化還元反応の素過程について調査し、ウラニルイオンがどのような化学反応を経て酸化ウランとして沈澱するかを解明する。その後、(2)使用済燃料の再処理過程を模擬した溶液条件で、電解還元によってウランを高効率で分離回収する電解システムを構築する。昨年度から本年度にかけておもに(1)について検討した。昨年度合成した各種塩化ウラン化合物(UO_2Cl_2、UCl_4)を用いて今年度は、それらを無機イオン液体あるいは水溶液中に溶存させ、溶存しているウラン錯体の構造解析を行った。分析手法として紫外可視吸光分光法、ラマン分光法、X線吸収微細構造を用いた解析手法である。まず、紫外可視吸光分光法を用いてウラン(IV)錯体の配位環境が著しく変化する溶液組成を調査した。7Mから4M塩化カルシウム溶液中のウランU^<4+>に配位した水分子あるいは塩化物イオンなどのアニオンの数が変化すると観察される吸収ピークエネルギーがシフトした。また、ウランUO_2^<2+>については、U=0伸縮振動に起因するラマンピークが著しくシフトし、赤道面に配位する塩化物イオンの数が変化したことによることが示唆された。上述の情報をもとにX線吸収微細構造(XAFS)を用いて、さらに詳細な解析を進めた結果、7M塩化カルシウム中においてウランU^<4+>に、約3つの塩化物イオンと約5つの水分子が配位していることが分かった。また、ウランUO_2^<2+>については、赤道面に約2つの塩化物イオンと約2つの水分子が配位していることが明らかになった。なお、0.1M程度の希薄な電解質中では、ウランU^<4+>に約9つの水分子が配位し、ウランUO_2^<2+>の赤道面に5つの水分子が配位する。上記実験を実施することによって、無機イオン液体中でのウランの配位環境は希薄な電解質水溶液中のそれと全く異なることを明らかにした。上記の配位環境に関する知見を得たうえで、無機イオン液体中に溶存するウランUO_2^<2+>の酸化還元挙動を調査した。サイクリックボルタンメトリー、回転電極を用いたリニアスイープボルタンメトリー及びバルク電解によって、UO22+の酸化反応メカニズムが電位に依存して2つ存在することが分かった。すなわち-0.1Vでは、UO_2^<2+>→UO_^+→UO_2^<2+>+UO_2(1電子還元+不均化反応反応)、-0.4VではUO_2^<2+>→UO_2^+→UO_2(2電子還元反応)が生じていることを明らかにした。

The use of fuel reprocessing technology is now PUREX wet reprocessing and high temperature melting, representing dry reprocessing. The purpose of this study is to investigate the use of inorganic liquid as a medium for high temperature melt replacement.(1) The process of acidification and chemical reaction is investigated. After that,(2) simulate the reprocessing process of the fuel using the electrolyte solution conditions, and construct the electrolyte system for high efficiency separation and recovery. Last year, this year's (1) A variety of chemical compounds (UO_2Cl_2, UCl_4) were synthesized in the past year and dissolved in inorganic liquids and aqueous solutions. Analysis methods include ultraviolet visible absorption spectroscopy, X-ray absorption spectroscopy, and fine structure analysis. (IV) Investigation of the coordination environment of the complex and the composition of the solution by ultraviolet visible absorption spectrometry 7M, 4M, 4 UO_2^<2+>, U=0, U=0 The above information is used in X-ray absorption microstructure (XAFS), and detailed analysis is carried out. The results show that the coordination of water molecules in the 7M chemical system is about 3 ° and the coordination is about 5 °.また、ウランUO_2^<2+>については、赤道面に约2つの塩化物イオンと约2つの水分子が配位していることが明らかになった。The water molecules in the electrolyte are coordinated at about 9 ° C and at about 5 ° C in the equatorial plane at about 0.1M. The above mentioned coordination environment in inorganic liquid is different from that in electrolyte aqueous solution. The above coordination environment is related to the understanding of the existence of UO_2^<2+> in inorganic liquid and the investigation of acidification and reduction. The pH value of UO22 + is dependent on the potential of the electrode. UO_2 ^<2+>→UO_^+→UO_2 ^<2 +>+ UO_2(1 electron reduction + heterogenization),-0.4V → UO_2^<2+>→UO_2^+→UO_2(2 electron reduction + heterogenization)

项目成果

Unique extraction behavior of americium and curium in a system of TBP and calcium nitrate hydrate melt

TBP 和硝酸钙水合物熔体系统中镅和锔的独特萃取行为

• 发表时间: 2010
• 期刊: IOP Conf.Series : Materials Science and Engineering
• 作者: G.Okude;T.Fujii;A.Uebara;S.Sekimoto;K.Minato;H.Yamana
• 通讯作者: H.Yamana

Electrochemical Study of Uranium Ions in Calcium Chloride Hydrate Melts

水合氯化钙熔体中铀离子的电化学研究

• 发表时间: 2011
• 作者: A.Uehara;O.Shirai;T.Fujii;T.Nagai;H.Yamana
• 通讯作者: H.Yamana

Coordination characteristics of trivalent lanthanides and actinides in molten hydrate salts of Ca(NO3)2 and CaCl2

Ca(NO3)2和CaCl2熔融水合物盐中三价镧系元素和锕系元素的配位特征

• DOI: 10.1007/s10967-010-0907-8
• 发表时间: 2011
• 期刊: J. Radioanal. Nucl. Chem
• 作者: T. Fujii;G. Okude;A. Uehara;S. Sekimoto;H. Hayashi;M. Akabori;K. Minato;H. Yamana
• 通讯作者: H. Yamana

Absorption spectra and cyclic voltammograms of uranium species in molten lithium molybdate-sodium molybdate eutectic at 550 ◦C

550℃熔融钼酸锂-钼酸钠共晶中铀物质的吸收光谱和循环伏安图

• DOI: 10.1524/rcpr.2011.0028
• 发表时间: 2011
• 期刊: Proc. Radiochim. Acta
• 作者: T. Nagai A. Uehara;M. Fukushima;M. Myochin;T. Fujii;N. Sato;and H. Yamana
• 通讯作者: and H. Yamana

Electrochemical Study of Uranium Ions in Highly Concentrated Electrolyte Solutions

高浓度电解质溶液中铀离子的电化学研究

• 发表时间: 2011
• 作者: A.Uehara;O.Shirai;T.Fujii;T.Nagai;H.Yamana
• 通讯作者: H.Yamana