MOX乏燃料在碱性熔体中热化学、电化学还原分离的机理研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    21876034
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    66.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    B0608.放射化学与辐射化学
  • 结题年份:
    2022
  • 批准年份:
    2018
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2019-01-01 至2022-12-31

项目摘要

In order to solve the problems of high temperature chemical processing of MOX spent fuel (i.e. unable to realize the separation of actinide by thermal reduction resulting in more secondary pollutants and low reduction rate of electrochemical reduction of solid oxide), it was proposed that MOX spent fuel were dissolved in alkaline melts, actinide oxides can dissolve and other insoluble oxides were removed from the melts utilizing the difference in solubility of metal oxides in the melts. And then, the dissolved actinide compounds were reduced to corresponding metals by thermochemical or electrochemical reduction in order for separation and recovery of nuclear fuel. UO2 and rare earth oxides were used as simulated MOX spent fuel. The mixed oxides burnt before and after were investigated in Na(Na2O2)-NaOH melts: (1) dissolution behavior (the solubility of UO2, UO3 and U3O8 and change of composition and valence), separation factor of U/RE, thermodynamics and kinetics of dissolution reaction; (2) thermodynamics and kinetics and mechanism of thermal reduction reaction; and (3) electrochemical behavior, thermodynamics and kinetics and electrochemical mechanism of electrolytic reduction. The mechanism of acid-base effect on the dissolution and separation of oxide and reduction reaction were studied under high temperature in order to improve separation factor of U/RE and the reaction rate and conversion rate of uranium oxide reduced to uranium metal and solve the key problems of low reduction efficiency of MOX spent fuel.
针对目前高温化学处理MOX乏燃料存在的问题(热还原无法实现分离而造成二次污染物多,电化学还原固态氧化物还原速率低),本申请项目提出利用金属氧化物在碱性熔体中溶解性的不同,将MOX乏燃料中的锕系氧化物溶解在熔体中,去除其他不溶的氧化物,再利用碱金属将溶解的锕系化合物通过热化学或电化学还原为相应的金属,达到分离回收核燃料的目的。以氧化铀和稀土氧化物为模拟MOX乏燃料,研究灼烧前后的混合氧化物在Na (Na2O2)-NaOH熔体中:(1)溶解行为(UO2、UO3、U3O8溶解度及组成价态变化)、U/RE分离因子、溶解反应热力学和动力学;(2)热还原反应热力学和动力学及还原机理;(3)电解还原的电化学行为、热力学和动力学及电化学机理。探讨高温下酸碱效应对氧化物溶解分离、还原反应影响的机制,提高U/RE分离因子及氧化铀还原为金属铀的反应速率和转化率,以期攻克困扰MOX乏燃料还原效率低的关键问题。

结项摘要

高温氧化挥发技术被称为先进首端处理技术。在氧化过程中 UO2 芯块转化为U3O8 和 UO3 粉末。为了使U3O8 或 UO3与裂变产物分离,开展了碱性熔体为介质的研究。本研究以UO2、稀土氧化物以及BaO或SrO为模拟氧化物乏燃料,首先研究了UO2-CeO2的灼烧反应,CeO2对UO2高温氧化的影响;研究了单一UO3或U3O8以及混合氧化物UO2-RE2O3、UO2- (BaO或SrO)灼烧后的产物在 NaOH、 Na2O2-NaOH 熔体中的溶解反应,溶解过程中铀的化学组态的变化,以及溶解反应的热力学;研究了掺杂裂变产物氧化物对U3O8在NaOH熔体中反应机理的影响,以及U3O8在NaOH熔体中的钠热化学还原过程的还原机理,探索了U3O8在NaOH熔体中电解还原的电化学行为、电化学机理。结果表明,当掺杂5wt% CeO2后,UO2的氧化(160-443℃)受到抑制,U3O8的转化率从100%降低到85%。对UO3与U3O8在NaOH熔体中溶解行为进行了比较:UO3在NaOH熔体中溶解一步生成Na4UO5;而U3O8在有氧气存在时先生成中间产物Na4UO4,然后生成Na4UO5而溶于NaOH中;而在无氧条件下会生成Na4UO4和Na4UO5两种产物。UO3在熔体中的铀元素含量为8.17 wt.%,而U3O8为7.99 wt.%。确定了U3O8、UO3在NaOH、Na2O2-NaOH熔体中的溶解反应如下:.2U3O8(s)+24NaOH(l)+O2(g)→6Na4UO5(s)+12H2O(g); .UO3(s)+4NaOH(l)→Na4UO5(s)+2H2O(g) ; .10NaOH(l) + Na2O2(l) + U3O8 = 3Na4UO5 + 5H2O(g)。

项目成果

期刊论文数量(21)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(4)
专利数量(6)
Electrochemical behavior and extraction of zirconium on Sn-coated W electrode in LiCl-KCl melts
锡包钨电极在 LiCl-KCl 熔体中的电化学行为及锆的萃取
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2019.115965
  • 发表时间:
    2020-02-01
  • 期刊:
    SEPARATION AND PURIFICATION TECHNOLOGY
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Han, Wei;Wang, Wei;Zhang, Milin
  • 通讯作者:
    Zhang, Milin
Electrochemical formation of Mg–La–Mn alloys by coreduction of Mg(II), La(III) and Mn(II) in LiCl+KCl molten salts
LiCl KCl熔盐中Mg(II)、La(III)和Mn(II)共还原电化学形成Mg-La-Mn合金
  • DOI:
    10.1016/j.jre.2020.12.013
  • 发表时间:
    2020-12
  • 期刊:
    Journal of Rare Earths
  • 影响因子:
    4.9
  • 作者:
    Mei Li;Yongcheng Zhang;Haiming Li;Hailing Jiang;Wei Han;Yang Sun
  • 通讯作者:
    Yang Sun
Electrochemical recovery of dysprosium from LiCl-KCl melt aided by liquid Pb metal
液态Pb金属辅助从LiCl-KCl熔体中电化学回收镝
  • DOI:
    10.1016/j.seppur.2020.117124
  • 发表时间:
    2020-11
  • 期刊:
    Separation and Purification Technology
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Zhuyao Li;Zhirong Liu;Wenlong Li;Wei Han;Mei Li;Milin Zhang
  • 通讯作者:
    Milin Zhang
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  • DOI:
    10.1149/1945-7111/ab6285
  • 发表时间:
    2020
  • 期刊:
    Journal of The Electrochemical Society
  • 影响因子:
    3.9
  • 作者:
    Mei Li;Zhongxuan Sun;Wei Han;Yang Sun;Xiaoguang Yang;Wei Wang
  • 通讯作者:
    Wei Wang
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UO3的氟化反应及电化学制备UO2
  • DOI:
    10.1016/j.cclet.2022.02.069
  • 发表时间:
    2022
  • 期刊:
    Chinese Chemical Letters
  • 影响因子:
    9.1
  • 作者:
    Rugeng Liu;Yangyang Meng;Wenjing Ji;Wei Han;Mei Li;Yang Sun
  • 通讯作者:
    Yang Sun

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  • 作者:
    韩伟;李艳霞;杨明;李帷;林春野;张丰松;熊雄
  • 通讯作者:
    熊雄

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韩伟的其他基金

基于高温挥发和氧化物电沉积技术的锕系元素分离新方法
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AI项目解读示例

课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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