從乏燃料中分離錒系元素的研究進(jìn)展

池哲鑫，羅爽，田景林，姜春雪，周江林，鄧煜，潘茜

(重慶工商大學(xué) 環(huán)境與資源學(xué)院 催化與環(huán)境新材料重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 400067)

乏燃料具有很強(qiáng)的放射性，對(duì)于這個(gè)“魔鬼”一是永久禁錮在地下，二是“招安”循環(huán)部分可用之才。

乏燃料的循環(huán)后處理主要通過(guò)回收鈾、钚等易裂變物質(zhì)以及可以利用的次錒系元素物質(zhì)并將其制成核燃料組件再次使用，而對(duì)于其他放射性核素則固化制成玻璃塊狀的高放廢物進(jìn)行封存處理。乏燃料的分割和轉(zhuǎn)化將大大減少需要長(zhǎng)期儲(chǔ)存的核廢料的危險(xiǎn)性質(zhì)[1]。

U和Pu的選擇性分離和回收已在工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用。而鑭系元素(Ln)的存在量比MA大得多，并且其較高的中子吸收截面導(dǎo)致優(yōu)先吸收中子從而阻礙MA的轉(zhuǎn)化[2-3]，又因?yàn)長(zhǎng)n和MA的化學(xué)相似性使得它們成為最具挑戰(zhàn)性的濕法冶金分離之一[4]，因此還沒(méi)有工業(yè)規(guī)?；蛛xMA與Ln的過(guò)程?；厥辗派湫院怂?如An)是另一個(gè)重要的研究熱點(diǎn)，因?yàn)樗鼈兊姆派湫酝殡S著重金屬毒性[5-6]。由于過(guò)去的核武器試驗(yàn)，許多放射性核素目前存在于諸如海洋和河流這樣的環(huán)境系統(tǒng)中[7]。

1 用于錒系分離的溶劑萃取過(guò)程

目前，大多數(shù)商業(yè)和科學(xué)發(fā)展過(guò)程中，從乏燃料中分離出來(lái)的化學(xué)物質(zhì)都是溶劑萃取過(guò)程：通過(guò)含有萃取劑配體的有機(jī)溶劑與乏燃料的硝酸水溶液接觸，從而分離出特定元素。因此需要選擇或設(shè)計(jì)有機(jī)萃取物，使其具有選擇性地將所需的元素從水相分離到有機(jī)溶劑的化學(xué)能力。理想的萃取劑應(yīng)該是高效的、選擇性的、抗水解的、輻射穩(wěn)定的、可溶的、反應(yīng)動(dòng)力學(xué)快的[8]。

萃取劑的萃取性能主要有兩個(gè)指標(biāo)：利用分布系數(shù)(Kd)可以測(cè)量萃取效率(接觸后的有機(jī)相(Corg)中分析物濃度相對(duì)于水相(Corq)中分析物濃度的比值)。然后可以用分離因子(SFAB)來(lái)評(píng)價(jià)一個(gè)元素(A)對(duì)另一個(gè)元素(B)的選擇性(元素A(Kd(A))和元素B(Kd(B))的分布系數(shù)的比值)。

僅由C、H、O和N原子組成的萃取劑在核環(huán)境中通常被認(rèn)為是更為可取的選擇，因?yàn)樗鼈冊(cè)谑褂煤蟊粺苫覡a時(shí)不會(huì)留下固體、放射性殘留物[8]。而含有萃取劑的P和S的焚燒產(chǎn)生的放射性殘留物增加了處理和儲(chǔ)存廢物的體積，這被稱為“CHON”原則。

由于在乏燃料中存在大量的元素，許多不同的溶劑萃取過(guò)程被用來(lái)選擇性地提取不同的元素組。這些過(guò)程可分為三組，對(duì)應(yīng)用于處理乏燃料溶劑萃取過(guò)程的三種主要順序。最初的步驟是回收U，也可能是作為核燃料回收的Pu，這一過(guò)程目前在工業(yè)規(guī)模上進(jìn)行，使用的是溶解在濃硝酸中的廢核燃料。后續(xù)的溶劑萃取過(guò)程，包括將MA和Ln從剩余的裂變產(chǎn)物中去除，在U和Pu去除之后，也必須用硝酸作為水相。最后一步是將MA與Ln分離，使孤立的MA被轉(zhuǎn)化為更少的有害物質(zhì)[3]。

1.1 鈾和钚的分離

目前，包括法國(guó)、英國(guó)、俄羅斯和日本在內(nèi)的幾個(gè)國(guó)家，使用钚和鈾萃取(PUREX)工藝對(duì)乏燃料進(jìn)行商業(yè)再處理[5]。PUREX利用有機(jī)配體和三丁基磷酸鹽(煤油中30%的TBP)在溶解3～6 mol/L硝酸的核燃料中選擇性地提取出Pu(IV)和U(VI)，可以添加草酸和氫氟酸以防止提取出不需要的鉬和鋯。將U(VI)和Pu(IV)萃取到有機(jī)相中后還可以加入還原劑，使Pu(III)的形成不再由TBP完成，因此可以把硝酸去除干凈。使用肼保護(hù)鈾免于還原，然后在約50 ℃用稀硝酸從有機(jī)相中除去鈾。提取的Pu(IV)和U(VI)可以轉(zhuǎn)化為氧化物，使MOX燃料可以在目前的第三代反應(yīng)堆或FRs中重新使用。

三丁基磷酸鹽被認(rèn)為是一種很好的萃取分子，因?yàn)槠浜?jiǎn)單、便宜并且對(duì)四價(jià)和六價(jià)An比三價(jià)和五價(jià)An選擇性更高。在強(qiáng)酸性條件下它也能水解穩(wěn)定，是非常有效的萃取劑。然而，在PUREX過(guò)程中，TBP不具有輻射穩(wěn)定性，且降解，主要形成磷酸二丁酯(HDBP)。這干擾了U(VI)、Pu(IV)和其他裂變產(chǎn)物之間的分離因子，因?yàn)镠DBP對(duì)TBP具有不同的提取行為，對(duì)Zr具有特殊的親和性[9]。最后，與大多數(shù)溶劑萃取過(guò)程一樣，如果金屬負(fù)載過(guò)高，PUREX也會(huì)遇到第三相形成的問(wèn)題。第三相是一種穩(wěn)定的乳劑，在溶劑萃取過(guò)程中有機(jī)和水相形成不相混溶的第二有機(jī)相，這樣分離就被破壞了。作為一種烷基磷酸的表面活性劑HDBP，它的形成加劇了這一問(wèn)題[9]。

用于從乏燃料溶液中回收U(VI)和Pu(IV)的TBP萃取劑的替代物是N，N-二己基辛酰胺(DHOA)[10]。該萃取劑遵循CHON原理，易溶于十二烷并且不會(huì)引起第三相形成。它也被證明具有一些優(yōu)于TBP的性質(zhì)，例如從3 mol/L硝酸中更高效的提取Pu(IV)，用0.01 mol/L硝酸對(duì)U(VI)能更有效的剝離[10]。然而DHOA與TBP一樣易受輻射分解。

PUREX過(guò)程的另一種替代方法是鈾萃取(UREX)過(guò)程，Pu(IV)從剩余的超鈾元素和裂變產(chǎn)物驅(qū)逐分離，而U(VI)不受任何影響，這個(gè)過(guò)程被認(rèn)為比PUREX過(guò)程具有更強(qiáng)的抗擴(kuò)散能力[11]。UREX與PUREX一樣，煤油中30%的TBP用于從溶解的乏燃料中提取U(VI)和Pu(IV)，然后0.3 mol/L硝酸中的0.5 mol/L乙酰異羥肟酸(AHA)隨后洗滌裝載的有機(jī)相用于使Pu(IV)返回至水相[11]，因?yàn)锳HA與Pu形成強(qiáng)復(fù)合物(IV)但不提取U(VI)[12]。大量的Tc也會(huì)和U(Ⅵ)萃取到有機(jī)相中，所以在最終將U(VI)轉(zhuǎn)化成可重新用作燃料的氧化物之前，先使用6 mol/L 硝酸將Tc剝離[11]。

1.2 從其他裂變產(chǎn)物中分離出錒系和鑭系元素

次錒系和Ln也是分離循環(huán)使用的核燃料目標(biāo)，并開發(fā)了多種溶劑萃取工藝將MA、Ln等提取出來(lái)。一旦這些元素與其他核裂變產(chǎn)物分離出來(lái)，就可以進(jìn)一步分離單個(gè)元素。這種萃取過(guò)程可以直接應(yīng)用于乏燃料的解決方案，也可以直接應(yīng)用于U和Pu去除后的PUREX 萃余液。

超鈾萃取(TRUEX)工藝是改進(jìn)的PUREX工藝，其中由于添加了氨基甲?；谆趸?CMPO)提取劑可以提取Np(V)和MA(III)以及U(VI)和Pu[10]。更具體地說(shuō)，TRUEX工藝通常使用由 0.2 mol/L CMPO和1.2 mol/L TBP在鏈烷烴稀釋劑中組成的有機(jī)相。已知氧化膦如CMPO在酸性條件下與金屬形成強(qiáng)配合物[13]，可用于克服氨基甲酰甲基膦酸酯類萃取物相對(duì)較弱的金屬萃取性質(zhì)[14]。在TRUEX過(guò)程中，鑭系元素和Tc也在一定程度上被提取，這取決于加工條件，但是仍然保持對(duì)其他裂變產(chǎn)物的選擇性[15]。TRUEX工藝在美國(guó)、歐洲、日本和印度已成功用于凈化錒系廢料[14]。

通常用于TRUEX工藝的CMPO衍生物是辛基(苯基)-N，N-二異丁基-PCPO，因?yàn)槠淙菀缀铣?，在硝酸濃度范圍?nèi)產(chǎn)生0.5～6 mol/L的高M(jìn)A分配系數(shù)，并且可以承受比幾種其他CMPO衍生物更高的金屬負(fù)載量，而且沒(méi)有第三相形成[15]。然而正如PUREX工藝中TBP萃取劑所造成影響，CMPO在萃取過(guò)程的降解產(chǎn)物會(huì)干擾萃取過(guò)程的所需性質(zhì)。因此使用有機(jī)相與大網(wǎng)狀陰離子交換樹脂接觸以去除膦酸和次膦酸降解產(chǎn)物，然后用稀碳酸鈉溶液洗滌(如PUREX工藝)，然后再循環(huán)是比較合理的[15]。

已經(jīng)證明，當(dāng)CMPO配體被預(yù)組織到三腳架支架或杯芳烴上時(shí)，可以獲得更好的性能。例如，對(duì)附在杯芳烴或三苯甲烷支架上的CMPO基團(tuán)的萃取效率和MA-Ln選擇性都有提高[16]。即使是CMPO配體的微小結(jié)構(gòu)變化，如用乙烯基取代亞甲基橋，也會(huì)對(duì)萃取性能產(chǎn)生顯著影響[17]。在所研究的支架中，接枝到杯芳烴寬邊緣的4個(gè)CMPO單元提供了最佳提取結(jié)果，從3 mol/L硝酸萃取到二氯甲烷中的分配系數(shù)Kd(Am)約為120并且分離因子SF約為10[16]。

其他有機(jī)磷萃取劑對(duì)An、Ln萃取也在進(jìn)一步研發(fā)中，包括二異癸基磷酸和三烷基膦氧化物。然而，這兩種萃取物對(duì)硝酸鹽陰離子都有很高的親和力，在高硝酸濃度下處理乏燃料相關(guān)的萃取性能受到損害。在使用這些萃取劑之前，需要稀釋和反硝化乏燃料，而這并不是很好的選擇，因?yàn)橐幚淼捏w積越來(lái)越大，而且分離過(guò)程的時(shí)間和成本也會(huì)隨之增加。

1.3 從鑭系對(duì)次錒系元素的分離

由于這兩類元素的化學(xué)相似性，MA與Ln的分離尚未在工業(yè)上實(shí)現(xiàn)。MA和Ln在水溶液中均為三價(jià)陽(yáng)離子，鑭系元素(III)通常具有8或更多的配位數(shù)并且它們的優(yōu)選幾何形狀是三角棱柱[13]。當(dāng)證明選擇性時(shí)，Am(III)和Eu(III)最常用來(lái)代表MA和Ln[18]。由于MA元素的轉(zhuǎn)化是最終目標(biāo)，所以通常優(yōu)先考慮MA的萃取選擇性。設(shè)計(jì)用于將MA與Ln分離的溶劑萃取工藝典型地考慮用于含有裂變產(chǎn)物(包括Ln、Cs、Sr、Tc和I以及MA)的PUREX萃余液溶液?；蛘?，MA-Ln分離可以在提取過(guò)程如TRUEX之后產(chǎn)生的MA和Ln混合物上進(jìn)行。

為了提高萃取親和力，設(shè)計(jì)萃取劑配體可以結(jié)合硬的O供體原子和較軟的N供體原子以保持選擇性。例如，基于吡啶甲酸簡(jiǎn)單的MA-Ln選擇性研究了基于簡(jiǎn)單吡啶甲酰胺部分的許多提取劑[3]。為了在更強(qiáng)酸性條件下從Ln中提取MA，可以使用二硫代次膦酸與硬供體提取劑協(xié)同作用[19]。事實(shí)上，在這些情況下也可以提取諸如U和Pu之類的其他An，而Ln、Cs、Sr、Ba和Rb保留在水溶液中。

另一類用于MA-Ln分離的提取劑是雙三嗪基吡啶(BTP)和雙三嗪基聯(lián)吡啶(BTBP)提取劑。這些是N-供體萃取劑并符合CHON標(biāo)準(zhǔn)。BTP類萃取劑[20]的溶劑萃取性質(zhì)的發(fā)現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了MA-Ln分離技術(shù)的突破，因?yàn)檫@是第一類能夠在不使用增效劑的情況下在濃硝酸溶液中有效分離MA與Ln的萃取劑[3]。從強(qiáng)酸性溶液中無(wú)輔助提取的這種新的理想性質(zhì)可以歸因于BTP萃取劑能夠以硝酸鹽形式絡(luò)合MA并且它們能夠形成1∶3絡(luò)合物，這與大多數(shù)形成1∶2的其他N供體萃取劑是不同配合物[8]。事實(shí)上，隨著硝酸濃度的提高，MA的提取量增加[18]，這被認(rèn)為是由于BTP提取劑的質(zhì)子化導(dǎo)致它們采用有利于金屬結(jié)合的‘順式’構(gòu)象的結(jié)果[21]。

BTP的高萃取效率可能會(huì)產(chǎn)生新問(wèn)題，因?yàn)樗鼤?huì)導(dǎo)致有機(jī)相中金屬的剝離變得極具困難[18]，這是一個(gè)主要問(wèn)題，因?yàn)樗柚沽擞袡C(jī)溶劑的回收。由于CyMe4-BTP的萃取效率非常高，因此進(jìn)一步開發(fā)了BTBP萃取劑。在放射性穩(wěn)定性方面，CyMe4-BTBP已被證明可承受高達(dá)20 kGy的劑量[18]，這將使其在MA-Ln分離溶劑萃取工藝裝置中“存活”約2個(gè)月，但是使用CyMe4-BTBP提取的動(dòng)力學(xué)仍然很慢[22]。使用CyMe4-BTBP在放射性乏燃料溶液上證明了MA-Ln能有效分離。PUREX和DIAMEX處理后，含有MA和Ln的2 mol/L硝酸水溶液在正辛醇中進(jìn)行9次萃取，產(chǎn)生含少于0.1%Ln的MA物流[23]。然而由于萃取劑動(dòng)力學(xué)差而需要緩慢的流速，并且有機(jī)物的負(fù)載能力也受到限制，使得這種MA-Ln分離過(guò)程對(duì)于工業(yè)用途而言并不理想[23]。

2 用于錒系分離的固體材料

目前，大多數(shù)商業(yè)提議的乏燃料分離方法是使用溶劑萃取技術(shù)，其中許多在第1節(jié)中描述，然而使用固體吸附材料作為溶劑萃取的替代品有許多優(yōu)點(diǎn)。這些包括避免有機(jī)溶劑(可消除稀釋劑的化學(xué)和放射性降解相關(guān)問(wèn)題，如性能降低和二次廢物產(chǎn)生)[24]，許多情況下動(dòng)力學(xué)更快[25]，萃取劑分子不需要設(shè)計(jì)成可溶于有機(jī)相或服從CHON原理，因此不需要相變劑，并且不可能形成第三相。因此，使用固體吸附材料降低了相對(duì)于溶劑萃取錒系分離的復(fù)雜性，從而減少了所需的時(shí)間和成本。此外，在設(shè)計(jì)溶劑萃取過(guò)程時(shí)必然引入的復(fù)雜性會(huì)對(duì)分離性能產(chǎn)生負(fù)面影響。例如，將長(zhǎng)鏈烷基基團(tuán)添加到萃取劑中以增加其在有機(jī)稀釋劑中的溶解度，可使其更容易受到質(zhì)子的保護(hù)[18]，然而降低其萃取效率[26]或在萃取過(guò)程中在溶劑界面引起不良聚集[13]。固相材料作為核分離吸附劑的最后一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是，在加載了放射性物質(zhì)后，材料有可能被用作廢物前體或轉(zhuǎn)化基質(zhì)，因此，可以減少分離和氧化物轉(zhuǎn)換的額外處理步驟和相之關(guān)聯(lián)的時(shí)間和成本。

許多材料已被陸續(xù)地開發(fā)出來(lái)，在溶劑萃取過(guò)程中使用的萃取劑應(yīng)用到固相材料中，以產(chǎn)生用于從乏燃料中分離的吸附劑材料。萃取劑配體浸漬或涂敷于固體支撐結(jié)構(gòu)，如聚合物樹脂、多孔硅、聚合物膜、金屬氧化物顆粒、粘土、碳基材料或磁性納米顆粒[27]。

為了研制一種核分離劑的吸附材料，必須考慮幾個(gè)因素。例如，從高酸性水溶液中選擇性分離目標(biāo)元素的吸附劑最好表現(xiàn)出有利的水解和輻射穩(wěn)定性，以及化學(xué)穩(wěn)定性。對(duì)于固相吸附劑來(lái)說(shuō)，具有開放的多孔結(jié)構(gòu)是必備的，因?yàn)樗梢蕴峁└叩谋砻娣e，從而使每克材料(高容量)產(chǎn)生更多活躍的位置，并促進(jìn)快速的質(zhì)量傳輸[27]。為了使固相吸附在流動(dòng)的柱狀結(jié)構(gòu)中實(shí)際有用，它也應(yīng)該有顆粒狀的物理形態(tài)，粒徑足夠大，可以防止壓力損失和堵塞[28]。

2.1 聚合物樹脂

萃取色譜樹脂由固定在非反應(yīng)性大孔聚合物載體上的萃取劑分子組成，在核燃料循環(huán)后端的分離中也被廣泛采用，盡管它們比理論分析更適合用于目的分析。用于處理廢核燃料溶液的萃取色譜樹脂的一個(gè)例子是钚和鈾回收色譜萃取柱(PUROCHROMEX)工藝。制備過(guò)程的主要問(wèn)題是聚合物吸附劑的水解和輻射不穩(wěn)定性。

萃取色譜樹脂可以通過(guò)分子間作用力或共價(jià)連接將萃取劑分子浸漬到聚合物樹脂中。萃取劑配體與聚合物載體的共價(jià)連接可以最大限度地減少萃取劑在加工過(guò)程中的損失，但物理浸漬是一個(gè)更簡(jiǎn)單、更通用的選擇[29]。不同CMPO浸漬材料的不同萃取效率和吸附動(dòng)力學(xué)表明，聚合物基質(zhì)的選擇可能對(duì)吸附性能具有顯著影響，這可歸因于聚合物框架的孔隙度和功能性的差異。

觀察到一些聚合物樹脂(包括Diphonix)與 0.25～2 MGy在硝酸中的γ輻射會(huì)降低它們的效率或容量。然而聚合物樹脂的吸附動(dòng)力學(xué)相對(duì)不受γ輻照的影響，同樣功能的硅基吸附劑則同時(shí)表現(xiàn)出降低的效率和輻照后的吸附動(dòng)力學(xué)。

2.2 金屬氧化物材料

IV族金屬氧化物如二氧化鈦和氧化鋯對(duì)二氧化硅和聚合物基材料表現(xiàn)出優(yōu)越的水解和放射性穩(wěn)定性[30]，因而在核背景下它們常用制造成骨架材料。二氧化鈦或氧化鋯基的吸附劑也有可能被使用吸收后，用于固定化或轉(zhuǎn)化基質(zhì)[31]。有機(jī)官能化的IV族金屬氧化物吸附劑材料比其二氧化硅或聚合物樹脂對(duì)應(yīng)物通常少得多，但實(shí)例確實(shí)存在[32]。在大多數(shù)情況下，所需的官能團(tuán)通過(guò)磷酸鹽、膦酸鹽或羧酸鹽基團(tuán)的離子結(jié)合錨定在表面[33]。磷酸酯或膦酸酯基團(tuán)被認(rèn)為優(yōu)于羧酸酯基團(tuán)，因?yàn)樗鼈兣c二氧化鈦和氧化鋯結(jié)合表現(xiàn)出優(yōu)異的強(qiáng)度和選擇性[32，34]。然而，除非膦酸酯提供未結(jié)合的基團(tuán)以潛在地結(jié)合金屬，否則單膦酸酯基團(tuán)的接枝后效果很小。聚膦酸酯官能化的金屬(IV)氧化物材料已經(jīng)被開發(fā)為離子交換材料，這些材料具有通過(guò)多個(gè)膦酸酯基團(tuán)提供強(qiáng)表面錨定的潛力，但同時(shí)游離膦酸酯可用于陽(yáng)離子結(jié)合的官能團(tuán)[32]。也已經(jīng)表明，結(jié)合到氧化鋯表面的多膦酸鹽緩和了骨架元素的浸出[35]。

將官能團(tuán)合成接枝到金屬氧化物表面上具有一定的缺點(diǎn):金屬氧化物材料的有限表面官能度限制了材料對(duì)官能團(tuán)的容量，并因此限制了目標(biāo)物質(zhì)被吸附；在很多情況下，由于接枝分子無(wú)法通過(guò)孔或強(qiáng)接枝基團(tuán)阻塞孔，所以甚至無(wú)法實(shí)現(xiàn)單層覆蓋，特別是對(duì)于散裝材料[36]。官能化金屬氧化物材料的另一種合成方法是金屬氧化物和官能團(tuán)的共縮合，使得官能團(tuán)被結(jié)合到材料的結(jié)構(gòu)中。通過(guò)該策略，如果官能團(tuán)配體與Zr或Ti的摩爾比>1，則應(yīng)產(chǎn)生大量可用的官能團(tuán)，其能夠結(jié)合來(lái)自溶液的金屬陽(yáng)離子。

3 環(huán)境修復(fù)

典型的固相吸附材料比溶劑萃取法更能有效地預(yù)濃縮或分析稀釋的環(huán)境放射性核素溶液。溶劑萃取過(guò)程由于涉及大量的水溶液，以及要求在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行分離，因此對(duì)環(huán)境清理不是特別的理想。

用常規(guī)離子交換和螯合樹脂對(duì)淡水和海水環(huán)境進(jìn)行了一項(xiàng)研究，結(jié)果表明，3、4-羥基吡啶功能化的SAMMS和小二氧化錳顆粒表現(xiàn)出了一致的高效吸附[6]。從環(huán)境樣品用于An和Ln分離的聚合物樹脂也在開發(fā)中[29，37]。例如，Dipex樹脂是一種商業(yè)上可用的萃取色譜樹脂，由雙(2-乙基己基)甲烷-二膦酸浸染成Amberchrom CG-71型丙烯酸酯樹脂，可以有效地提取包括U(VI)、Th(IV)、Pu(IV)和Am(III)。該樹脂也證明了對(duì)Am(III)的選擇性和對(duì)Fe(III)和AI(III)的潛在干擾。

現(xiàn)階段還有幾種碳基納米材料對(duì)放射性核素的環(huán)境具有修復(fù)作用[38]。其中一些研究利用密度泛函理論(DFT)來(lái)探測(cè)離子與固體表面之間的相互作用，從而為錒系分離提供更有效的材料依據(jù)。例如，Pu(IV)被證明對(duì)氧化石墨烯(GO)具有更高的親和力，并且與羥基、羧基、羰基或環(huán)氧基團(tuán)相比，GO與Pu(VI)和Np(V)親和力也遠(yuǎn)不如Pu(IV)，這可以解釋為Pu(IV)與GO協(xié)調(diào)氧原子之間的共價(jià)結(jié)合更高。通過(guò)DFT和EXAFS的分析，可以了解用羥基、羧酸或環(huán)氧基團(tuán)去功能化鈾酰陽(yáng)離子的結(jié)合。例如，DFT指出了從GO表面提取羥基和隨后對(duì)U(OH)022+物種的吸附。此外還研究了多種其他吸附材料，包括功能化介孔二氧化硅[39]、金屬有機(jī)框架[40]、離子交換和螯合樹脂[41]。

4 結(jié)論

本文綜述了溶劑萃取、吸附的一些情況，溶劑萃取法分離具有較長(zhǎng)的歷史，且比固相材料的使用更為成熟。在此綜述中，溶劑提取方法分為三類：U和Pu分離、結(jié)合An和Ln分離、MA與Ln分離。為了隔離MA，必須按順序執(zhí)行這三個(gè)分離過(guò)程。在U和Pu分離方面，PUREX過(guò)程被用于商業(yè)目的來(lái)實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)。對(duì)于組合An和Ln分離，TRUEX和DIAMEX工藝都很好地建立，但只有DIAMEX萃取劑遵循CHON原則。最后廣泛的研究促進(jìn)BTP和BTBP萃取物的發(fā)展，這可以證明MA與Ln分離的最佳性能。

與溶劑萃取方法相比，固相材料的分離也有一定的優(yōu)勢(shì)，最明顯的是不需要有機(jī)溶劑。目前，固相材料主要應(yīng)用于接近中性pH值的環(huán)境，或稀釋溶液的預(yù)濃度，以便進(jìn)行分析。然而，在某些情況下，它們也顯示出在高度酸性系統(tǒng)中使用的潛力，例如用于處理乏燃料的酸性系統(tǒng)。在這篇綜述中，固體相材料用于乏燃料的分離分為三類：硅、聚合物和金屬氧化物。在許多情況下，多孔二氧化硅、聚合物或金屬氧化物骨架材料僅用溶劑萃取方法，例如TBP或CMPO用有機(jī)萃取劑分子浸漬。這些配體與骨架材料的共價(jià)連接使其具有比分子間力更大的化學(xué)和輻射穩(wěn)定性。

核燃料循環(huán)后端的錒系元素分離方法非常重要，因?yàn)樗鼈兛梢钥刂坪妥畲笙薅鹊販p少長(zhǎng)期儲(chǔ)存放射性物質(zhì)對(duì)環(huán)境和人類健康造成的危害。分離錒系元素以關(guān)閉核燃料循環(huán)還具有提高核電可持續(xù)性的額外好處。對(duì)濃縮的多元素酸性溶液分離錒系元素過(guò)程的持續(xù)研究對(duì)于開發(fā)和改進(jìn)乏燃料的處理至關(guān)重要。