大粒径二氧化硅基树脂材料的合成及其对锝-99的分离研究
批准号:
22106059
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
杨军强
依托单位:
学科分类:
放射化学与辐射化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
杨军强
中文摘要
开展放射性废液中99Tc的分离研究对于推进我国先进乏燃料后处理以及放射性废物处置技术的发展具有重要的科学意义。本项目拟通过对二氧化硅微球载体的可控合成和99Tc选择性分离官能团的研究,开发一种可用于高酸度、高盐度放射性废液中99Tc高效分离的树脂材料。在课题组前期工作的基础上,研究大粒径、大孔径和高稳定性二氧化硅微球合成方法,研发惰性SiO2-P载体的原位聚合技术,利用化学法和物理法研究特异官能团化合物(季铵盐和吡啶类)与惰性载体的牢固接枝技术,以期合成一种对99Tc高效的分离树脂材料。通过表征技术对基体材料和树脂材料的结构性质进行分析,采用批式法和柱实验系统研究树脂材料对不同介质中99Tc的分离性能,建立放射性废液中99Tc的色谱分离方法,为乏燃料后处理过程中长寿命裂片核素的分离提供新思路和新途径。
英文摘要
Separation of 99Tc from radioactive liquid waste is of great scientific significance for the development of advanced spent fuel reprocessing technology and radioactive waste disposal. This project aims to develop a highly efficient resin material for the effective separation of 99Tc from highly-acidic and highly-saline radioactive liquid waste in reprocessing plant through the controlled synthesis of silica microsphere carrier and selective separation functional group of 99Tc. Based on our previous work, a method will be developed for synthesis of large size silica microspheres with large aperture and high stability, in-situ polymerization of inert SiO2-P carriers, and firmly grafting of specific functions (quaternary ammonium salt and pyridine class) on inert carrier (SiO2-P) by using chemical method and physical method. The structural properties of matrix material and functional resins were analyzed by characterization technology. The resin will be investigated for separation of 99Tc from different solution using batch and column experiment, and a chromatographic method for separation of 99Tc from radioactive liquid waste will be developed and demonstrated. This will provide new approach and idea for the separation of long-life fission products in the reprocessing process of spent fuel for their transmutation and safe repository.
我国确定的“闭式乏燃料循环”路线采用的PUREX分离流程中,锝-99等长寿命裂片核素的分离,对于消除其对后处理过程中铀钚分离的影响,通过嬗变减少高放废物的处置量有重要意义。主要以99TcO4-阴离子形式存在的99Tc,易在环境中迁移,造成大范围放射性污染,将废液中的锝分离后单独固化处理,可以极大降低高放废物的处理难度和成本,有效阻滞其向环境释放。从高放废液或放射性废液中高效、选择性地分离99Tc是先进乏燃料后处理的重要组成部分。 .本项目针对常用于99Tc分离的离子交换树脂无法适用于高酸度(3 mol/L HNO3)和高盐度介质体系,且辐照稳定性较差,难以实际工业化用于从放射性废液中有效分离99Tc这一技术障碍,首先研发了一种新型萃取剂双(N,N-二丁基二甘醇酰胺)二苯醚-18-冠-6醚,并通过萃取实验证明该萃取剂能用于高酸体系中Tc的分离。接着,选用多孔二氧化硅作为树脂基体,并在其表面及孔道中引入具有丰富N位点的聚乙烯亚胺并对其季铵化以增加正电荷位点密度,提高其交换能力。通过一系列表征手段分析了解SiPANPEI树脂的结构特征,为树脂的去除机理探究提供基础。通过系列静态吸附和动态柱实验系统研究了不同影响因素对Tc分离的影响。同时,使用Br-NPO作为闪烁剂,并使用溴乙烷,溴戊烷,溴十二烷对吡啶进行季胺化,合成了不同碳链长度的季胺化吡啶闪烁树脂材料。通过系统的静态批式实验探究了接触时间、溶液pH、ReO4-初始浓度、共存阴离子浓度等变量对TcO4-/ReO4-在季胺化吡啶PSresin树脂上的吸附性能。通过考察季胺化吡啶PSresin树脂的再生效率、再生次数等性能,评估树脂在实际应用中的可行性和经济性。此外,通过液体闪烁计数仪对树脂的检测限和探测效率进行了评估,连续测量线性良好,可用于Tc溶液的快速测量与分析中。.本项目通过对萃取剂的合理设计、对树脂基体的精确筛选和对树脂合成方法的不断优化,实现了本项目设定的全部目标,合成的新型特效树脂材料可实现从高酸度体系中选择性分离Tc,为Tc的去污及先进后处理技术提供了基础材料和技术储备。
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